一种基于成对显式龙格-库塔时间积分的大气平流算法

为解决大气输送仿真中保形、正定及计算效率等问题,本研究发展了基于水平-多矩有限体积/垂直-有限差分混合格式和显式成对龙格-库塔方法的高效、高保真平流方程时空离散方案。为去除高阶算法在间断分布附近产生的数值振荡,平流方案在水平和垂直方向分别使用了基于加权本质无振荡(weighted essentially non-oscillatory,WENO)和总变差减小(total variation diminishing,TVD)方法的斜率限制器。在时间积分中,算法使用了二阶成对显式龙格-库塔方法,通过在垂直方向增加内循环中空间离散调用次数增大求解器可用CFL数。成对龙格-库塔时间积分方法能有效缓解大气模式垂直小网格距对积分时间步长的限制,使水平、垂直方向稳定性条件允许的最大时间步长尽可能接近,从而改善模式计算效率。论文中还设计了可用于库朗(Courant-Friedrichs-Lewy,CFL)数大于1情形的迭代正定修正算法,能保证平流方程计算结果严格非负。本文采用二维标准算例对所提出的平流方程算法进行了测试和比较分析。数值试验结果表明:本文提出的算法为解决高分辨、可扩展非静力大气模式中平流输送高保真计算难题提供了一条有效途径。

平流沉淀池积泥特性与刮泥机运行模式研究

节能减排和降低成本是净水厂生产运行的重要目标,降低电耗和降低自用水量是净水厂增效降本的主要手段。通过绘制积泥曲线、计算积泥占比及积泥速度,研究沉淀池积泥规律和特点。在10~500NTU原水浊度区间,沉淀池前段积泥体积占比72%~78%,前段积泥速度在5~18m^(3)/h。根据沉淀池积泥特性,结合液压往复式刮泥机结构特点,在10~500NTU原水浊度区间,研究刮泥机最佳运行历时和停等时间,降低电耗,减少刮泥机磨损,降低生产风险,降低排泥水含水率和自用水率,提高净水厂生产效益。

2007—2020年威海机场4-9月平流低云的变化特征及影响因子分析

分析了威海机场2007—2020年(2014年资料缺失)4—9月平流低云的年际和逐月变化特征,揭示有利于平流低云出现的月尺度大气环流场及其可能的影响因素。结果表明:威海机场年均出现39.8个平流低云日,多年平均的平流低云日数从4月开始逐月增加,7月达到最多,为11.5 d,8—9月又逐渐减少,呈单峰结构。平流低云出现时常伴有轻雾和平流雾,两者出现频率合计达79.4%;西南风是平流低云出现时的主风向,180°~220°内的风向占比达50.0%。威海机场位于地面稳定的东高西低天气形势下,有利于平流低云的出现,此时山东半岛南部海域的海表温度较低,其上有明显暖平流,上暖下冷的结构有利于大气层结稳定,大气向海洋放热而降温,易使气流在山东半岛南侧登陆时形成低云并维持。年际尺度上黑潮的强弱对威海机场平流低云日数的多寡有较好的指示意义。

水平非均匀对流边界层热量平衡和平流输送作用的大涡模拟

采用大涡模拟所获的数据结果， 分析地面热通量沿平均风方向存在突变的条件下对流边界层的热量平衡和平流输送作用。分析表明边界层内模拟所得结果可以很好地满足热量平衡关系。除地面热通量项以外， 平流项（包括水平平流和垂直平流） 对边界层加热率的作用可达地面热通量不均匀性差值的大小， 是影响边界层内热量平衡的最重要因子， 平均速度散度项对热量平衡的作用也不可忽略， 但湍流通量散度项的作用则很小。

平流浓缩池在水厂泥沙工程的设计应用介绍

本文是大型水厂泥沙工程系统设计案例,技术路线清晰,实验方案可靠,监测排泥水浓度,缩短水厂排泥时间,源头降低排泥水总量,开展泥沙沉淀实验掌握泥沙性能参数指导工程设计。工艺设计采用平流浓缩池,兼有平流池容积大和高密池浓缩效果好的特点,投资低、功能强、运行管理方便,适合在水厂排泥水工程中推广。设计采用板框脱水机对浓缩泥沙进行脱水,运行成本低,适应范围广,符合日趋严格的环保政策。

某平流沉淀池变形问题长期病害分析与处理

某净水厂平流沉淀池长期受壁板变形过大、刮泥机频繁脱轨、变形缝渗漏等病害困扰,本文对病害究竟在池体还是地基进行分析。首先找出其根本原因所在并在水池放空检测时得到验证,随后对平流沉淀池采取了结构加固处理措施,最后总结了平流沉淀池在设计、施工中的一些值得注意的问题及可采取的措施与改进之处,以供类似工程参考借鉴。

自来水厂平流沉淀池常用机械排泥设备对比分析

自来水厂的平流沉淀池常用的机械排泥设备种类较多;而每种机械排泥设备使用的性能各不相同;各有其优势和劣势;根据不同的情况选择不同的机械排泥形式才能发挥其较好的效果。自来水厂的平流沉淀池常用机械排泥设备系统的性能是否完好;它不仅关系到居民生活用水的质量;而且关系到居民生活用水的安全性和卫生性。因此加强对自来厂的平流沉淀池常用机械排泥设备系统的管理是非常有必要的。下文通过对平流沉淀池常用的机械排泥设备进行对比分析以供设计参考。

关于平流方程的水平和垂直分辨率之间的协调

在计算域面积为常数的约束下,给出了在单波情况下几种不同精度的平流方程的“最优垂直网格距”,以及在极限情况下的“协调垂直网格距”的表达式,还推导了在多波情况下的相应的表达式。

一类计算稳定性好的显式平流差分格式

通常的显式平流差分格式，如迎风格式，Ｌａｘ－Ｗｅｎｄｒｏｆｆ格式等，均是有条件稳定的，其稳定条件与差分网格的时、空步长有关。本文对线性和拟线性平流方程分别构造了一种计算稳定性好的显式差分格式。对前一格式，本文严格证明了它的无条件稳定性及收敛性，并具有一阶精度；对后一格式，由于非线性方程的限制，本文用数值试验研究了它的计算稳定性。

一次典型的西北太平洋准静止锋暖区平流雾的形成和维持机制分析

在归纳最近几年6月份西北太平洋准静止锋平流雾特点的基础上,根据2012年6月15日前后海洋现场观测数据,分析了西北太平洋准静止锋暖区平流雾的形成和维持机制。根据Fisher和Caplan方程,导出了该型平流雾新的控制方程,同时阐明了新控制方程的动力学机制和优势。

平流沉淀池运行中存在的问题及改造措施

北方某水厂的平流沉淀池在运行中存在以下问题:冬季池表面结冰、吸泥机运转不正常;池底积泥不均匀,导致吸泥机排泥浓度变化大,影响污泥处理系统的正常运行;出水集水槽不在同一水平面,引起矾花上浮。针对这些问题,设计、安装了冬季融冰系统;对虹吸吸泥机的主体进行了改造,并根据原水水质采取变频运行;使用一种简单快捷的调整方法将出水集水槽调平,改善了沉后水水质。

一次平流辐射雾的边界层特征及雾水离子组分研究

为了研究北京城市浓雾生成机理以及雾水的污染情况,2006年12月11—12日,在北京南郊北京市观象台(39°56′N、116°17′E)对水平能见度在100m以内的浓雾进行了观测,并分析了这次浓雾形成的天气条件,对所采集的雾水进行了离子组分分析。结果显示:这是一次平流辐射雾,雾层厚约150m,能见度小于100m;在高空槽前、稳定边界层中,近地面正相对涡度区内有气流辐合和暖湿平流,日落之后地面降温迅速,有利于雾的生成;地面偏南风配合近地层暖平流,有利于增加雾的浓度;浓雾的形成发展时段内伴随着大气五级重污染事件。与1999年北京的雾水采样比较:pH值上升,电导率下降,阴离子浓度普遍下降,阳离子浓度有所上升。研究表明,近年来北京城市所采取的治理措施,减轻了浓雾及其雾水中的污染。

南京冬季辐射雾和平流辐射雾的化学特征差异

利用2006和2007年冬季南京雾外场试验中取得的雾水离子成分资料,分析了雾水化学组分特征,探讨了雾水酸度来源及辐射雾和平流辐射雾的化学特征差异。结果表明,南京冬季雾水中总离子浓度偏高,浓度最高的3种离子成份是SO42-、NH4+和Ca2+,但雾水酸性不强,碱性离子成分的中和作用是pH值较高的原因。平流辐射雾中雾水离子总浓度约为辐射雾的2.2倍,平流辐射雾中浓度最高的阳离子为NH4+,辐射雾中为Ca2+。

海雾生成过程中平流、湍流和辐射效应的数值试验

利用相对湿度方程,结合数值模式研究了在海雾生成过程中平流、湍流和辐射的效应。结果表明,海雾生成的主要“推动力”是长波辐射冷却,湍流冷却在低层主要发生在平流的初始阶段。随着时间的推移,湍流对低层大气很快变为起加热作用,不利于海雾的生成。湍流和辐射效应在低层大气中符号相反(仅在海雾生成的初始阶段符号相同),量级相同,在高层大气中湍流和辐射效应符号相同,但辐射效应占优势。湍流效应和辐射效应是影响海雾生成的主要因素,平流直接作用似乎不大。平流、湍流和辐射效应及其总效应均随时间推移而减小。另外,还初步研究了风速大小和海温高低对平流、湍流和辐射效应及海雾生成的影响。

中国西北地区水汽的平流输送和辐合输送

分析了中国西北地区上空的水汽汇聚过程———平流输送与辐合输送,为西北地区降水过程数值模拟的参数化提供依据。分析表明:中国西北大部分地区为负的水汽平流输送,从上风方向得到的水汽输入小于水汽输出,是水汽的净流失区;中国西北地区中部为大范围负的水汽辐合输送,当地的水汽由风场向外扩散,加剧了当地的水分流失,是水汽扩散区;在水汽净输送的年际变化中,中国西北地区小于华北地区,平流输送呈上升趋势,辐合输送下降,平流的相对贡献在增加;在与大气环流系统的关系中,中国西北地区水汽的平流输送主要受西风带影响,辐合输送与南亚夏季风有显著相关。变化趋势表明西风的作用在加强。

一次冬季平流辐射雾过程的观测分析及数值模拟研究

对2003年12月23—24日发生在黄海、渤海沿海的一次大雾过程进行了观测分析和数值模拟研究。这次大雾期间,从近海到内陆,大雾影响面积约10万km2,部分地区能见度不足200 m,给海陆空交通造成严重影响。首先利用各种资料对这次大雾的生消演变过程进行了分析,认为这是一次典型的发生在海陆交界处的冬季平流辐射雾。然后利用RAMS(Regional Atmospheric Modeling System)模式模拟了本次大雾过程,计算得出了大气的水平能见度分布和云水混合比的垂直分布,结果表明,在雾区形状、雾生消时间以及雾的厚度上,模拟结果与观测资料比较一致。

GRAPES模式中高精度正定保形物质平流方案的研究Ⅰ:理论方案设计与理想试验

平流计算的精度对数值模式的结果有着重要影响。如何在半拉格朗日模式中发展高阶精度的标量平流计算方案是提高半拉格朗日数值模式精度的重要问题。文中采用计算流体力学中一个新的高精度正定保形的物质平流方案,通过映射单元格方法将其与半拉格朗日模式结合起来,既保留了半拉格朗日时间积分方案中积分时间步长大、计算效率高的特点,又发挥新方案高精度正定保形的平流计算优势。该新的标量平流方案是基于分段有理函数的高阶Godunov方案的变形,称之为Piecewise Rational Method(PRM)。此方案简单、实用,易于编程,可保持平流物理量的守恒。通过一维、二维理想试验,并与PPM(Piecewise Parabolic Method)和采用三次插值的半拉格朗日方案试验结果对比分析,表明物质平流方案对于空间变化幅度大的物理量具有较高的平流计算能力。与三次拉格朗日插值相比,物质平流方案的耗散性更小。与PPM方案相比,两者有不少相似之处,平流效果也几乎相当,但物质平流方案中采用的有理函数的保凸特性,且不需要界面值调整,在实现上相对简单。另外,通过将物质平流方案应用到GRAPES模式中的球面坐标系下的理想试验,进一步确认了物质平流方案的优点及在GRAPES模式中的可行性。

古洪水平流沉积与水位

古洪水研究的目的是通过古洪水信息的载体———古洪水平流沉积提供古洪水水位及流量。而如何确定古洪水沉积顶面高程与其洪峰水位的关系是河床演变学至今尚未解决的难题。经过长江、黄河、海河和淮河古洪水研究之后 ,对此问题获得了新的认识。洪水平流沉积物尖灭点高程与其洪峰水位之间一致的关系 ,给古洪水研究解决了一个关键问题。

水汽平流计算精度对暴雨模拟的影响与实例分析

利用改进了水汽平流精度的中尺度模式ＭＭ４模拟了一次江淮暴雨。通过对不同平流格式所模拟的水汽场的对比，并辅以动力热力机制分析，阐述了不同水汽平流格式造成不同的中α、中β尺度降水的原因。结果表明，将高精度、正定的水汽平流格式引入ＭＭ４模式有助于提高模式的模拟能力。

古洪水平流沉积

古洪水研究依赖古洪水沉积获得古水文信息。古洪水平流沉积是古洪水泛滥于死水断面范围内形成的薄层细颗粒沉积。以长江三峡下段与黄河三门峡以下河段为例，古洪水平流沉积被掩埋保存在部分缓倾斜岸坡平台上，主要的识别标志，在沉积构造方面为发育微薄层理，末端翘起并尖灭，此外还具有特定的粒度结构以及多种重矿物的百分含量方面的特征。