青藏高原地表位涡密度强迫对2008年1月中国南方降水过程的影响Ⅱ:数值模拟

青藏高原东坡近地表的辐合能够增加地表的位涡密度(PVD)。高耸的青藏高原与等熵面相切,其东坡近地表增加的位涡密度成为等熵面边界上的位涡密度强迫源。利用IAP/LASG FAMIL全球大气环流模式探究青藏高原地表位涡密度增长对2008年初中国华南地区雨雪灾害天气形成的影响。首先与观测资料对比发现,通过张弛逼近动力初始化,在参照试验中,模式能够比较合理地再现青藏高原东部的地表位涡密度增长和1月24—27日中国华南的大气环流场及降水场。而在高原的地表位涡密度增长减弱的敏感性试验中高原下游区域特别是华南沿海、广西到山东一带的降水明显减小甚至消失。对结果的分析表明:青藏高原区域的地表位涡密度增长在低空能够增强中国华南沿海地区的南风和水汽输送以及负的绝对涡度平流输送;在高空,高原上产生的正的位涡密度沿西风环流向下游输送,形成高层正的绝对涡度平流。从而在高原下游形成绝对涡度平流随高度增强的大尺度环流背景,有利于上升运动发展。同时,高原地表位涡密度增长在低空所激发的气旋式环流增加了华南的水汽输送,最终激发了华南极端降水的产生。该个例模拟的结果证实了青藏高原东部的地表位涡密度强迫激发其下游极端天气发生的一种新机制。

青藏高原地表位涡密度强迫对2008年1月中国南方降水过程的影响Ⅰ:资料分析

位涡外部源汇是驱动大气环流的原动力。文中详细介绍了地表位涡制造和位涡密度强迫的联系,讨论了不同坐标系中位涡密度方程的特点及其在应用中应当注意的问题。还以2008年初南方低温雨雪冰冻灾害为例,探讨了青藏高原地表位涡密度强迫及东传对下游地区对流性天气发生的影响,拟由此揭示青藏高原位涡密度强迫激发中国东部激烈天气发生的一种新机制。伴随着青藏高原地表正位涡密度的东传,下游地区对流层中高层出现纬向正绝对涡度平流,气旋性环流增强,从而促使低空南风发展,为南方地区提供充沛的水汽条件。另外,南风的增强有利于低空经向负绝对涡度平流的加强,从而使南方地区高、低空形成绝对涡度平流随高度增大的大尺度环流背景,有利于上升运动的发展。上升运动的加强又促进低空南风气流的增强,使高、低空绝对涡度平流随高度增大的环流背景进一步增强,最终导致降水的产生。

基于涡识别技术的微结构壁面湍流减阻机理研究

为探究微结构壁面湍流减阻机理,采用粒子图像测速技术(PIV)观测微结构壁面的水流特性,分别对超疏水壁面和微沟槽壁面的流速发展、雷诺切应力变化及涡的分布规律进行分析。引入流速的概念,对Omega(Ω)涡识别方法进行改进,建立新的Ω_(M)涡识别方法,并采用该方法对近壁面涡结构进行识别,提出液流涡密度定义,定量分析近壁处不同强度涡的分布,为研究微结构壁面减阻机理奠定基础。研究结果表明:在相同雷诺数下,边界层内流速由大到小分别为超疏水壁面、微沟槽壁面和光滑壁面,两种微结构壁面对数律层流速分布与光滑壁面相比明显外移,说明微结构壁面具有减阻效果;雷诺切应力随法向无量纲距离y+的增大而先增大后减小,其中,超疏水壁面雷诺切应力的最大值与其他壁面相比最小;采用Ω_(M)方法对近壁处涡进行识别,发现近壁0.1倍水深内,两种微结构壁面上水流中涡结构以弱涡为主,在0.2倍水深内开始出现强涡;与光滑壁面相比,微结构壁面近壁处水流弱涡的涡密度增加,强涡的涡密度减小,说明微结构壁面抑制了水流中强涡的发展;在3种壁面中,微沟槽壁面的减阻率大于7.60%;超疏水壁面的弱涡涡密度大,强涡涡密度小,减阻效果最好,减阻率大于9.48%。微结构壁面可有效降低水流输运能耗、提高其输运效率。

变密度随机涡模型在湍流射流扩散火焰中的应用

采用变密度随机涡模型,对H2/O2/N2湍流射流扩散火焰进行数值模拟,湍流过程通过涡的采样、涡的抑制和涡的翻转实现.其中,针对变密度反应流问题,提出一种大涡抑制的新机制,并详细讨论各种参数对模型预测效果的影响.计算结果表明,修改后的模型可以合理预测H2/O2/N2射流火焰结构,能够反映湍流的涡特性;模型中与涡采样和涡抑制有关的参数对预测结果有一定影响.

一次东风波暴雨的动力因子预报研究

针对2010年7月2427日闽浙沿海地区东风波暴雨过程，利用NCEP／NCAR全球预报系统（GlobalForecastSystem--GFS）每日4次6，12和24h预报场资料计算了湿热力斜压涡度、二级位涡和位涡波作用密度等动力因子，根据这些因子的异常值区可判断未来降水落区，实现对此次东风波暴雨的预报，其本质是GFS预报场资料的动力延伸释用。结果表明，这些动力因子均能提前6～12h对7月25日降水过程做出预报，对降水落区有一定的预测指示作用。但这些动力因子的降水预报略有差异，其中位涡波作用密度和二阶位涡的预报效果要优于湿热力斜压涡度。这种差异主要是因为这些动力因子包含不同的物理信息，而任何降水过程中起主导作用的物理因素也不尽相同。由于滤去了对降水无直接作用的大尺度背景场信息而保留了中小尺度扰动系统信息，所以位涡波作用密度能够较好地预测指示观测降水的落区范围。