大涡模拟试验中台风梯度风平衡分析

尽管经典台风强度理论是基于梯度风平衡模型,但是已有的飞机观测资料和数值模拟研究发现,边界层中和眼墙附近存在非梯度风平衡气流,前人数值模拟发现,眼墙附近最大的超梯度风可以达到切向风速的16.7%。大涡模拟可以模拟出滚涡和龙卷尺度涡旋等小尺度系统,这些小尺度系统对梯度风平衡可能产生影响,使用中尺度天气预报模式结合大涡模拟(WRF-LES)对模拟台风内核区域方位角平均的梯度风平衡进行了分析,三个大涡模拟试验的水平分辨率分别为333 m、111 m和37 m,结果表明非梯度风平衡气流并未因为分辨率提高而显著增强或产生结构差异,最大超梯度风出现在边界层顶处最大切向风半径的内侧,达到梯度风速的10.8%~16.1%。进一步分析发现,不同台风中心定位方法会影响非梯度风平衡气流,最小气压方差法和最大切向风法可以得到与前人模拟一致的结构,而气压权重法得到的低层超梯度风中心远离眼墙、靠近台风中心,位涡权重法得到的低层超梯度风的径向范围向内扩大,最小气压方差法和最大切向风法更适合用于梯度风平衡研究中的台风中心定位。

梯度风场中无人机动态滑翔飞行轨迹优化

为了研究无人机在梯度风场中的滑翔飞行轨迹,提出一种基于动态滑翔的最优飞行轨迹生成方法。首先,利用梯度风场模型和NED坐标系,详细推导无人机动态滑翔运动方程;然后,利用拉道伪谱方法将动力滑翔中能量优化的连续约束转化为离散问题的一系列代数约束;最后,生成无人机动态飞行的最优轨迹。仿真中,设计了无动力飞行和有动力飞行两种仿真条件,在无动力飞行中,生成三个具有不同边界约束的最优轨迹,每个轨迹对应最小风场参数;在固定风场动力飞行中,以恒定推力的最小值生成最佳轨迹。结果表明,该方法能够生成满足能量优化要求的无人机动态飞行最优轨迹,最佳发动机推力和风场强度近似成反比。研究方法可为无人机动态滑翔飞行轨迹设计提供技术支持。

梯度风对雾滴穿透性影响的研究及试验

该文对梯度风中果树枝叶的运动规律的理论分析发现:梯度风可以使果树枝叶产生"躲闪"、"退让"和"扭转"运动,有利于雾滴穿透和沉积。室内和田间试验证明:只提高弥雾机出口风速对雾滴的穿透效果不好,反而容易造成近风侧粘附雾滴的逃逸。而弥雾机械梯度风的存在,有利于雾滴的穿透和沉积。因此,为了提高雾滴的穿透性和沉积性,应该提高梯度风的梯度。为减少已粘附雾滴的逃逸损失,提高雾滴在整株果树上分布均匀性,提高药效,必需合理选择和控制风机的出口风速。

风帆在梯度风中空气动力性能的数值研究

通过求解N-S方程组对具有代表性的三角帆进行数值模拟研究,分析了在真实的梯度风情况下风帆的空气动力性能,讨论了多种因素对风帆空气动力性能的影响.为探索深入开展帆船运动科学研究的途径和方法,提高对复杂风场条件下实际操控风帆的理论认识提供有价值的参考依据.

梯度风观测资料在高层建筑气象灾害风险评估中的应用研究

利用泰州气象站1966—2003年年最大风速序列资料,在均一性检验基础上,应用耿贝尔极值Ⅰ型分布,推算出泰州地区10,m高度处不同重现期(100,a、50,a、30,a、10,a)的风速极值。在泰州电视塔上开展35,m、85,m和135,m梯度风观测,结合泰州气象站同步风速观测资料,计算泰州地区风廓线指数,从而得出不同高度不同重现期(100,a、50,a、30,a、10,a)的最大风速极值。结果表明:应用梯度风观测资料估算未来若干年不同高度的最大风速极值,能够为高层建筑抗风设计提供科学经济的气象参数,亦提高了气象灾害风险评估的技术含量。

海面梯度风下一种翼型风帆的数值计算

引入一种近海面梯度风场的计算方法 ,通过Spalart-Allmaras湍流模型求解三维不可压流体的N-S方程,计算近海面风场实际分布下一种翼型风帆的气动表现。比较了定值风速气动特性与梯度风表观气动特性的升阻比,同时讨论了在所述条件下,应用定值风速气动特性分析海面实际风场下风帆表现引起的误差。

盛行梯度风下热力环流对近地空气质量的影响研究

以中纬度沿海城市上海为代表,采用数值模拟方法,分析了海岸线附近污染源排放的大气污染物在盛行梯度风和热力环流耦合作用下的扩散和输送特征,并与忽略海陆温差的理想情况作了对比.结果表明,即使在盛行梯度风主导城市风场时,海陆温差引起的热力环流对海岸线附近流场仍有重要影响,并使近地面污染物浓度时空分布与海陆无温差时截然不同.海陆无温差时,污染物仅向盛行梯度风的下风向区域扩散.而在海陆有温差时,污染物的扩散却可能是双向的.陆地最高和最低气温出现的时间分别对应着沿海城市污染物最不利释放时段(RTS-16:00和RTS-04:00),造成的污染总时长和日平均浓度均最大,不仅部分近地面污染物被海陆热力环流携带至盛行梯度风的上风向区域,并且下风向区域的日平均浓度最高达海陆无温差时的4~5倍.因此,即使在盛行梯度风较强时忽略海陆温差形成的热力环流影响,也会明显低估非海陆风日的实际污染强度和污染范围.

地转风和梯度风的实用计算

本文从实用角度出发，设计一套不同纬度上地转风梯度风的理论风速查算图表，并根据大量观测资料进行统计，得出实际风速和理论风速间的关系。文中的查算图表和统计出的系数，可供预报人员对不同海域的实况和预报风速做出定量的判断。

塔克拉玛干沙漠第二条沙漠公路建成5层梯度风自动气象站

受新疆交通厅和新疆交通科学研究院的委托，新疆气象局科技服务中心和防雷减灾中心承担了塔克拉玛干沙漠第二条沙漠公路——阿拉尔至和田沙漠公路防风阻沙效益野外风沙监测及研究工作。在新疆交通厅和区气象局领导的大力支持下，气象科技人员奋战3昼夜，安装完成的阿拉尔至和田沙漠公路防风阻沙效益5层梯度风自动气象站，已向区气象局传回每秒瞬间风向和风速及每分钟温湿度等资料。

几种梯度风公式的比较

本文对目前高校教材中出现的四种梯度风公式,进行了比较分析。指出了其中最好的一种梯度风公式,并对其他三种公式在应用时应注意的问题进行了探讨。

基于梯度风假设的新台风风场模型

基于梯度风假设,提出一种新的台风气压场风场模型,并通过C#语言编程构造了气压场风场数值模型;将提出的数值模型运用于台风Damrey、Krovanh和Matsa的模拟中,将模拟气压场和风场数据通过Tecplot展示,结果表明:模拟气压场风场符合现阶段对台风的认识规律。

台风中心附近的地面超梯度风

一、导言从测站资料研究台风中心附近风的分布,对进一步研究台风结构和台风灾害原因都是十分有意义的。然而,一个成熟的台风移经气象站,使能从台风中心进行观测的可能性是很少有的。在最近的25年中,经过日本群岛的最强的台风T6118,曾对它进行地面风的分析,发现最大风是位于沿着台风气压中心路经右侧20公里处,但是,那时地面最大梯度风的半径化于约50公里处,而且最大地面风与最大地面梯度风在一些地方是一样大的,对这些作进一步分析成为不可能,因为大多数站位于小山顶上或岛的内陆部分,所以站与站之间由于地形不同影响到观测数据。

无人机风梯度滑翔过程中能量变化

风梯度滑翔是一种能够使飞行器从飞行环境中获取能量的飞行方式。在已建立的飞行器动力学模型的基础上,分析了无人机在已知的梯度风场中一个滑翔周期内的能量变化过程。采取分段解析的方法,将一个风梯度滑翔周期分为4个阶段进行分析,即逆风爬升、高空转弯、顺风下滑和低空转弯,其中高空转弯为整个滑翔周期内的关键阶段。采用三维空间路径结合二维平面投影的计算方法,详细分析了无人机在高空转弯过程中的运动方程和能量转化方程,同时分析了影响飞行器从梯度风场中获取能量以及梯度风场中由于空气阻力导致飞行器能量损失的相关参数,为无人机最大程度地从梯度风场中获取能量,同时减少自身能源损耗提供了理论指导,并且根据理论建模进行了仿真分析,得出了逆风爬升和高空转弯的初期是获取能量主要阶段的结论,对指导无动力滑翔有很大的意义。

民用飞机开环和闭环情况突风载荷对比研究

以某民用飞机为研究对象,建立了飞机的突风计算模型,并搭建引入了相应的控制律模型,分别对开环和闭环情况下的离散突风载荷进行了计算对比,同时研究了不同计算输入下主要升力面突风增量载荷的差异和原因。研究表明,载荷设计中考虑控制律之后会对飞机不同部件的突风载荷产生一定的影响,具体计算结果与控制律设计逻辑相关。同时,不同计算输入情况下的计算结果差异较大且存在一定规律,通过及早进行变参数分析可以很好地提升突风载荷设计和评估效率。

风压通风中排风风帽的影响

为了研究建筑高位排风口排风时风压影响因素以及风帽的作用,设计太阳能烟囱建筑缩尺模型,通过风洞试验,对比普通弯管出口和2种风帽(百叶型和挡板型)对建筑风压分布及烟囱内通风量的影响.结果表明:在梯度风下,进出口高度差对风压通风的影响不可忽视,当出口位置高于入口位置时,出口处风压往往大于入口处风压.当屋顶普通弯管出口遇到迎面风向时,产生的与烟囱热羽流方向相反的倒灌通风会破坏烟囱的气流组织设计.2种风帽均可阻止气流倒灌,其中挡板型风帽综合性能更优.通风量除了在侧风向低于弯管出口28%外,在迎风和背风方向上均为三者最大,并分别高出弯管出口57%与33%.在包括太阳能烟囱在内的建筑高位排风设计中,除了入口应尽量处于主流风向的迎风面外,出口应布置在高位,并推荐使用挡板型风帽.

龙卷风近地移动梯度对低层房屋风场影响

为研究龙卷风灾害机理,运用Burgers涡运动理论及平移风速梯度理论,建立了涡旋及平移运动合成下的准定常三维龙卷风模型,并进行了柱坐标下的Navier-stokes方程的数值求解,得到了速度场及压力场的表达式.由此,探讨了考虑近地平移风剖面分布下的风场规律及其对低层房屋的作用特点.研究表明:考虑平移风梯度后,龙卷风前端右侧涡核负压值增大,高度较小时负压增加更为明显.因此,对低层房屋所受风吸力的影响更大.

包含超梯度力作用的台风次级环流诊断方程

次级环流在台风的发展和维持中起着重要作用,基于梯度风平衡的Sawyer-Eliassen(SE)方程常用于台风次级环流的诊断。然而梯度风平衡关系在台风边界层及边界附近有较大误差,这导致SE方程求解出的次级环流在边界层也会有较大误差。本文在梯度风平衡方程中保留包含径向摩擦力项在内的超梯度力项,得到包含超梯度力作用的SE方程,从方程形式上看超梯度力主要是通过调节与斜压性相关的系数来影响次级环流的。对"森拉克"(2008)台风次级环流的诊断结果显示,在不人为改变边界层流场结构的情况下,新的SE方程能显著改善次级环流的求解效果,避免眼墙外侧边界层附近的虚假对流并且减小虚假入流。

动态滑翔动力学建模与风梯度能量获取

为简化问题描述和便于数学操作,对无动力飞机的动态滑翔问题做了假设,并在这些假设下建立了无动力飞机动态滑翔的动力学模型,即三维速度空间中只有一个输入变量的常微分方程组。之后,从理论上得到了这个三维速度空间中机械能可以增加的最大范围,即能增纺锤体内部,并推导出最大的机械能增加率。得出更大的风梯度、更小的阻力系数和更小的面质比更加有利于飞机获取能量的结论,该结论加深了对动态滑翔能量观点的认识,对实践有指导意义。

探测海面空气温度、湿度和风速梯度的仪器——海面温湿风梯度仪

探测距海面几米高以下的温、湿和风等气象要素的梯度变化，以获取梯度廓线及贴水层大气的动量、热量和乱流等通量传递系数，是研究小尺度海气相互作用的必要手段。由于海上工作条件不同于陆地，进行海上大气梯度探测是比较困难的。为了适应我国海气相互作用研究的需要，我们研制成功了一种采用小型浮标系统，

广州地区台风极值风特性蒙特卡罗随机模拟

结合1949—2003年台风年鉴统计资料和广州气象站逐时(连续)气象观测记录,采用蒙特卡罗台风风场随机模型和敏感度分析方法,计算了广州地区不同场地类别风环境随机参数对于台风极值风速的影响,并对该区域的台风风场参数合理取值进行了优化.以越界峰值法和广义Pareto分布探讨了工程场地目标重现期内极值风速预测分析过程,再现了几类典型工程场地台风风环境梯度风高度、平均风剖面、极值风速和阵风因子取值特点,并与规范结果进行了对比.