热力粗糙度引入精细城市边界层模式的初步应用

运用南京大学城市尺度边界层模式(UBLM)以100 m水平网格距的精细高分辨率,诊断分析小规模城市(水平范围在一二十公里)的气象环境与边界层结构。就高分辨率精细模拟分析研究了两个问题:(1)在模式中引入热力粗糙度,就引入热力粗糙度前后的模拟结果与实测结果进行对比,结果表明引入后的模拟结果与自动气象站的观测结果吻合较好,能够很好地反映出地面气温的日变化规律。冬季,白天不引入热力粗糙度比引入热力粗糙度会高估小规模城市地区感热通量约60 W/m2,而对乡间农作物地区约10 W/m2。(2)以四种不同水平网格距对同一下垫面及气象条件进行诊断分析,结果表明以100 m网格距精细模拟效果明显优于以较大网格距进行的模拟效果。以这样的精细高分辨率模式所获模拟结果分析了小规模城市的边界层特征,表明:冬季白天和夜间小规模城市与乡村气温差分别为0.8℃和0.6℃;风速明显低于乡村地区;湍能高于乡村地区,白天和夜间湍能一般为乡村的3倍左右;白天混合层发展较乡村迅速,且高度高于乡村地区。这样的特征在当今城市规划布局工作中,为特大型城市的卫星城市的建设规划提供了有益的科学实验依据。模拟效果表明以如此高的水平分辨率实施的模式和模拟是可行和有意义的。

干旱区热力学粗糙度特征及对感热通量估算的影响

利用HEIFE的实测资料估算了黑河实验区几个沙漠戈壁表面上的热力学粗糙度 (以附加阻尼κB- 1的形式 ) ,发现在任一测站κB- 1值的变化范围较大。同时分析了附加阻尼项在估算感热通量时的作用 ,而忽略该附加阻尼将会导致对感热通量的明显高估 ,提出在利用阻尼型公式计算感热通量时 ,不能采用简单的z0m =z0h的假设 。

藏北高原高寒草甸地表粗糙度对地气通量的影响

利用中国科学院寒区旱区环境与工程研究所那曲高寒气候与环境观测研究站的BJ观测站2012年1 12月大气湍流观测资料及自动气象站观测资料,应用一种独立的确定地表动力学粗糙度Z0m的方法及两种热力学粗糙度Z0h的参数化方案(Z98和Y07),得出了Z0m和Z0h以及附加阻尼kB-1的变化规律。结果表明,Z0m在一定时间尺度(月、季)上存在着波动,Z0h在高原季风前、盛行期、衰退期有不同的日变化和季节变化特征。结合陆面模式CoLM将地表特征参数代入该模式进行数值模拟,初步探讨了地表粗糙度的变化规律及其对地表通量的影响,结果表明,Z0m的动态变化和Z0h参数化方案的改进提高了CoLM模式的模拟性能,模拟的地表通量更接近观测值。

青藏高原草甸下垫面上的动力学和热力学参数分析

利用“全球能量水循环之亚洲季风青藏高原实验”1998年加强实验期观测资料,分析研究青藏高原草甸下垫面上的动力学粗糙度z_(Om)、热力学粗糙度z_(Oh)以及热传输附加阻尼kB^(-1)等特征,得到了一些有关青藏高原草甸下垫面上动力学及热力学参数的新认识。

水汽输送对雅鲁藏布大峡谷地区陆—气间水热交换的影响研究

藏东南地区的雅鲁藏布大峡谷地区(以下简称大峡谷地区)是印度洋暖湿气流输送至青藏高原的重要通道,在高原水分与能量循环过程中具有重要地位。为了揭示不同水汽输送对陆-气间水热交换通量的影响,本文利用欧洲中期天气预报中心第五代再分析数据产品,根据大气中总水汽含量和水汽水平输送通量将大峡谷地区2013年5月20日至7月9日的水汽强度划分为强/弱/极弱三种级别。并利用第五代公用陆面模式(Community Land Model version 5.0,CLM5.0)模拟了水汽输送对大峡谷-大气间水热交换的影响。研究表明:大峡谷地区的南(东)边界为水汽主要的输入(输出)边界,大峡谷南侧河谷存在水汽强输送带。CLM5.0模拟的大峡谷-大气间水热交换通量与实际相比误差较大,通过优选热力学粗糙度参数化方案和土壤属性替代数据集,提高了CLM5.0模拟大峡谷-大气间水热交换通量的精度。其中Zeng and Dickinson(1998)的方案(以下简称Z98方案)效果最优,较CLM5.0默认参数化方案下模拟的小麦站和草地站近地面感热通量均方根误差分别下降18.2%和10.9%。区域模拟结果显示:大峡谷地区近地面潜热通量区域模拟总体分布为东南高而西北低,近地面感热通量则相反,随水汽水平输送强度的减弱,潜热通量大值区向西北延伸面增大,而感热通量大值区则向东南延伸面增大。冰雪覆盖的高海拔地区近地面感热通量维持低值,而潜热通量则相反。整个试验阶段,大峡谷地区降水时长达59%,不同水汽输送条件下近地面有效能量主要以潜热的方式向大气输送,其中在强水汽水平输送条件下的水汽强输送带的近地面感热输送最弱,Z98方案下的感热通量日均值仅为-1.80 W·m^(-2),潜热通量则大于70.0 W·m^(-2)。对于大峡谷地区,当水汽维持高值范围时,近地面净辐射降低,但近地面净辐射主要被潜热消化,水汽保温大气的效应使得地-气温差降低,近地面感热输送抑制显著。本研究结果对认识雅鲁藏布大峡谷地区陆面过程及其对水汽水平输送的响应有一定的参考价值。

精细城市边界层模式的建立及应用研究

本文建立了一个精细城市边界层模式,它是针对小型城市模拟应用特点,并在原有较粗网格区域边界层模式及模拟应用的基础上建立的.与原有模式相比,新建模式(1)加入水汽过程,(2)引入了热力粗糙度,(3)考虑了城市人为热源对城市地表能量平衡的贡献及其对城市热岛的影响,(4)考虑了城狭ψ饔市冠层建筑物的动力拖.运用建立的模式分别以北京东南部12 km×18 km范围的一块市区和一个卫星城镇(即亦庄,范围10.5 km×6.7 km)进行了实际模拟试验.通过模拟所获的城市地区地面气温、风速和比湿结果与当地自动气象站观测资料进行比对,结果表明:模式能较好地表征气象条件的日变化规律,模拟结果与实测数据间的相对平均偏差(FB):地面气温为0.02,风速为0.13,空气比湿为0.09.模拟研究了小型城市气象环境的诊断与分析.还分析研究了城乡地区之间气象环境和地面能量平衡的不同特性.取得了良好效果.

The effect of duct surface character on methane explosion propagation

The effect of duct surface character on methane explosion propagation was experimentally studied and theoretically analyzed. The roughness has effect on methane explosion propagation. The flame propagation velocity and the peak value pressure of methane explosion in rough duct are larger than the parameters in smooth duct. The heat exchange of the surface has effect on methane explosion propagation. The propagation velocity of flame and strength of explosion wave in the duct covered by heat insulation material are larger than those in duct with good heat transmittability.