线边界法在潮流模拟中的应用

本文针对有限差分法在模拟潮流运动中遇到的边界问题 ,如岸边界问题、动边界问题和工程边界问题等 ,引入线边界的概念 ,并以此为研究对象 ,提出了较普遍适用的线边界法。实例应用分析表明 ,用线边界法处理各类边界问题 ,实用有效 ,简便易行。

一种新的线边界检测方法

提出了一种超声图像的多尺度非线性抑噪的自适应线边界检测方法 ,首先对超声斑点图像进行多尺度分解 ,然后对高频部分应用非线性软阈值方法来抑制斑点噪声 ,再利用逆小波变换重建图像 ,最后采用基于“窄条”的线边界检测方法对降噪图像进行处理 ,以不同方向与大小的“窄条”来近似组织边界 ,其中“窄条”的大小由基于区域增长的局部统计特性决定 .

河套地区边界层辐合线形成及其对流触发作用

利用加密小球探空、野外地面加密观测站、ERA5再分析资料、临河新一代天气雷达等资料,对2022年7—8月内蒙古黄河河套地区由河套灌区与库布奇沙漠地表差异形成的边界层辐合线(BLCL)及其在对流触发中的作用进行了详细分析。结果表明:河套BLCL是由地表差异、边界层大气环流、复杂地形共同影响所形成,主要发生在河套灌区东南部的库布奇沙漠地区,长度在100~200 km,为浅薄系统,垂直厚度约为1000~1100 m。BLCL日变化明显,在12:00—17:00为高发时段,占80%。7—8月BLCL形成概率高达60%,且有39%的BLCL会触发对流。BLCL形成的预报指标为:河套灌区杭锦后旗较库布奇沙漠哈百来更的2 m气温低2.5℃以上、露点温度高6℃以上、相对湿度高20%以上;河套套内库布奇沙漠和毛乌素沙地区域为持续强劲的偏南风,地面10 m风速大值中心大于4 m·s-1;海平面气压场西低东高,黄河“几”字弯为等压线密集带,气压梯度达3~4 hPa·100 km-1。BLCL的形成对对流触发具有重要意义,表现为对流触发、加强、组织等作用,在不同的环境条件和天气系统叠加配置下会触发局地对流、有组织强对流,导致河套地区暴雨等天气。河套BLCL在这一特定地区的生成和对流触发作用,与河套地区降水自西向东急剧增多的分布特征关系密切。

基于R2CNN的天气雷达边界层辐合线识别算法

边界层辐合线是触发对流的中尺度天气系统之一,边界层辐合线的精细化识别对于揭示其形成、演变及与其他系统相互作用机制至关重要。目前自动识别技术在适应边界层辐合线多样性(如尺度、强度和形状)方面存在局限。旋转区域卷积神经网络(R2CNN)可提高识别准确性、鲁棒性和泛化能力。综合考虑天气雷达型号和分辨率的多样性,针对性构建识别数据集用于模型训练,调整相应参数得到识别模型,并利用交并比和置信度评估检验识别效果。结果表明:基于R2CNN的边界层辐合线识别算法在使用较低交并比阈值时命中率更高且空报率更低,当置信度为0.7时,TS(threat score)评分最高。与现有的阵风锋识别算法(Machine Intelligence Gust Front Algorithm,MIGFA)效果相比,R2CNN在减少误报、提升命中率及平衡识别频率等关键性能方面优势显著,适用于业务应用与推广。

边界层辐合线对强对流系统形成和发展的作用

应用天津CINRAD/SA雷达探测到的边界层辐合线信息,对2008—2009年6—9月发生在天津地区的边界层辐合线进行了统计分析,与2002—2007年海风锋触发形成的局地强对流天气分析相结合,研究结果表明:天津地区边界层辐合线的雷达低仰角基本反射率因子产品的回波特征一般表现为弱的窄带回波,回波强度仅为15～25 dBZ,宽度一般为3～10 km。在合适的层结状态和水汽条件下,这些边界层辐合线的演变和碰撞与强对流天气的发生、发展密切相关。单一边界层辐合线一般不能形成大范围的雷暴天气;两条以上边界层辐合线之间碰撞,一般在碰撞交叉处能够形成强对流天气。若已存在强对流天气,则强对流天气将加强。

北京局地降水中地形和边界层辐合线的作用

利用常规气象资料、雷达、风廓线和地面自动站资料,分析2007年7月两次局地对流天气过程发现,7月13日的局地短时暴雨是由低层东南风遇山脉抬升后产生的;7月10日的局地对流是由边界层辐合线触发形成的。利用风廓线可以判断天气形势和本站气象条件的变化。利用雷达回波图和地面自动站可以识别边界层辐合线。在考虑北京地形的同时,利用雷达严密监视天气,有望提高这类局地对流天气的预报、预警能力。

基于边界元法的输电杆塔上分裂导线表面电场数值计算

为了比较准确计算输电导线附近电磁环境,为优化杆塔和线路提供参考,对输电杆塔附近的分裂导线表面电场进行数值分析。根据杆塔的特点,设杆塔模型由一系列圆柱形导体组成,并把圆柱形导体设为线单元。把分裂导线圆柱形表面设成面单元,采用线-面混合边界元法把杆塔和导线作为一个系统进行计算。针对导线表面剖分单元的特点,在高斯积分方法上提出了改进措施,即在剖分单元比较长的方向上增加高斯点,减少计算内存提高效率。同时考虑计算模型两边输电导线的影响和大地镜像的影响。计算结果表明:采用线-面混合边界元法,可以比较准确有效地计算出杆塔附近导线表面电场分布;杆塔附近分裂导线表面电场会明显增大,并随着距离杆塔越来越远,杆塔影响迅速减小,中间相导线受杆塔影响比较大;正常高斯积分长宽比值小于16倍时才比较准确,改进高斯积分后,剖分单元长宽比值64倍时结果仍然比较准确,显著提高了计算精度和效率;当半无限长导线距离计算点较近时对计算结果产生的影响比较大,距离计算点较远时产生的影响比较小。

盛夏渤海湾大气边界层辐合线触发对流风暴对比分析

本文对渤海湾2008—2009年,由大气边界层辐合线引起的对流风暴进行了分析。结果表明,在高温、高湿不稳定大气层结环境条件下:(1)单一的海风锋在其端点可产生对流性降水。(2)海风锋与弱冷锋相遇,或者两条海风锋相交,或者雷暴单体的出流边界与海风锋相遇均会产生强对流风暴。(3)渤海湾边界层辐合线触发对流风暴大多发生在每年7 8月,且在副热带高压控制渤海湾后东退的过程中,此时大气层结处在高温、高湿不稳定状态。辐合线触发的对流风暴是沿辐合线移动,移动方向取决于辐合线两侧的主导风向。(4)边界层辐合线触发对流风暴,具有突发性强,持续时间短等特点,分析渤海湾边界层辐合线的移动与演变能提高强对流风暴的临近预报、预警,减少突发性天气引起的灾害。

济南边界层风廓线雷达与L波段雷达大风探空测风对比

基于相同站点的济南边界层风廓线雷达(WPR)和L波段雷达大风探空测风(以下简称LW)资料,采用相关、拟合、廓线分析等方法,系统地对比两者大风(≥10.8 m·s^-1)数据的各统计特征、相关性、时空变化规律的异同。结果表明:(1)两者u分量、v分量、风向、风速的相关系数分别为0.973、0.965、0.994、0.665,标准偏差分别为2.04 m·s^-1、2.88 m·s^-1、10.82°、2.53 m·s^-1,大风数据相关性总体较高,且相关系数风向优于风速的、降水样本优于非降水的,表明WPR观测大风数据可信、降水期间WPR水平大风数据可以使用。(2)两者大风风向、风速基本一致,但在低层差异较高层的大,尤其是340 m及以下高度层更显著,降水、非降水、全部样本在2980、1900、2740 m以下WPR风向值均略小于LW,而在1300、2740、1660 m以下WPR风速值均略大于LW。(3)两者资料互补性总体较好,大风风向、风速、v分量差值随高度变化符合对数律递增或递减规律,但u分量需分段拟合;在进行回归方程求算和资料互补时,应考虑差异随高度等的变化。

济南边界层风廓线雷达与L波段雷达探空测风资料对比研究

采用统计、相关分析等方法,对2014年济南站边界层风廓线雷达观测资料和L波段雷达探空资料进行了长期时空变化规律的对比,进而研究了地面无降雨、有降雨时段两者的风向、风速数据的相关关系及差值。结果得出全年有降雨、无降雨时段两者的风向、风速总体一致性较好,相关性较高,并具有较好可比性和互补性的结论,对了解固定式边界层风廓线雷达探测的准确性,改进观测资料质量控制方法等具有很好的参考价值。

细长锥边界层绊线转捩风洞自由飞试验

通过在半锥角θc = 10°细长锥面上布置一定数量的人工绊线, 促使细长锥表面边界层在相应轴向位置上发生层流向湍流转变的固定转捩，采用运动自由度不受约束的风洞自由飞试验技术研究边界层转捩对高超声速细长锥再入体无控自由飞行下的运动特性和气动特性影响规律，并与以往无人工绊线的细长锥风洞自由飞试验结果作对比. 试验马赫数Ma = 5：0，通过改变风洞前室总压P0 实现两个雷诺数的模拟，以模型长为特征尺寸自由流雷诺数分别为0.84×10^6 和1.68×10^6. 结果表明：当自由流雷诺数Re = 0：84 ×10^6 时，人工绊线尚不足以促使边界层发生转捩，有绊线的细长锥气动特性与无绊线基本一致，动稳定导数大于零；当自由流雷诺数Re = 1.68 × 10^6 时，人工绊线促使边界层发生固定转捩，细长锥的动稳定导数小于零，细长锥自由飞行动稳定.

登陆台风边界层风廓线特征的地基雷达观测

为了分析登陆台风边界层风廓线特征,利用2004—2013年中国东南沿海新一代多普勒天气雷达收集的17个登陆台风资料,采用飓风速度体积分析方法,反演登陆台风的边界层风场结构特征。与探空观测对比表明,利用雷达径向风场可以准确地反演登陆台风的边界层风场结构,其风速误差小于2 m/s,风向误差小于5°。所有登陆台风合成的边界层风廓线显示,在近地层(100 m)以上,边界层风廓线存在类似急流的最大切向风,其高度均在1 km以上,显著高于大西洋观测到的飓风边界层急流高度(低于1 km)。陆地边界层内低层入流强度也明显大于过去海上观测,这主要是由陆地上摩擦增大引起。越靠近台风中心,边界层风廓线离散度越大,其中,径向风廓线比全风速以及切向风廓线离散度更大。将风廓线相对台风移动方向分为4个象限,分析边界层风廓线非对称特征显示,台风移动前侧入流层明显高于移动后侧。最大切向风位于台风移动左后侧,而台风右后侧没有显著的急流特征,与过去理想模拟的海陆差异导致的台风非对称分布特征一致。

边界层风廓线仪应用中存在的若干问题

根据多年来在上海地区边界层风廓线仪布设和应用中取得的经验和研究结果,详细介绍了边界层风廓线仪在大城市组网、选址和建站方面需要注意的问题,同时针对边界层风廓线仪受地物杂波干扰和降水污染影响的问题进行了典型个例分析。

边界层辐合线触发深厚湿对流研究进展

边界层辐合线(BLCL)是指存在于边界层内的线状气流汇合带,被认为是深厚湿对流的主要触发系统,有多种类型,其触发对流作用非常复杂。文中就BLCL(不包括冷锋)触发对流事件的统计研究、其导致的局地温湿扰动对触发对流的影响、BLCL对流触发机制等方面的中外研究进行了系统回顾总结。已有研究结果表明,不同天气系统背景、不同地区BLCL的类型、表现形式不同,其触发深厚湿对流的概率、与对流风暴的位置、时间的相关也有所不同。BLCL能否触发对流还与大气环境条件、BLCL与其他动力学过程相互作用有关。在一定的对流环境条件下,局地温湿扰动不仅对BLCL的强度产生影响,而且还可以通过影响BLCL附近大气层结状态的分布影响到对流能否被触发。BLCL与环境动力和热力相互作用产生的局地变化使对流触发机制变得更加复杂。建议未来基于精细的观测资料和数值模拟试验针对不同区域、不同类型的BLCL的对流触发特征和机制开展系统研究。

边界层风廓线雷达在降水时段中的在线分析应用研究

本研究提出了一种在边界层风廓线雷达连续运行的降水探测时段中对降水频谱进行在线分析的新的应用方式。详细介绍了边界层风廓线雷达在线分析原理和方法。同时结合典型降水频谱个例,分析了可获得的多个潜在的气象参数和信息。并指出,该在线分析方式的实施可以使风廓线雷达的应用领域从晴空探测向降水测量拓展;有效缓解当前风廓线雷达应用存在的瓶颈问题;间接证明边界层风廓线雷达组网间距不固定的观点。文章分析说明,随着在线分析方式的推广应用,边界层风廓线雷达将成为单站精细化气象探测和预报/服务的重要工具。

边界层辐合线发展成飑线的数值试验

利用高分辨率 η坐标模式 ,以一个实际飑线个例的常规资料为初值 ,通过嵌入一定强度的边界中层尺度辐合线 ,进行了边界层辐合线型飑线激发的数值试验。结果表明 :飑线实例的大尺度环境场提供了累积的有效浮力能 ,小尺度积云对流则通过对流翻腾提供高层水汽凝结潜热加热和低层降温冷却 ,而中尺度幅合线通过提供带状辐合上升运动 ,起着胚胎和组织积云对流的作用。这样大、中。

上海LAP-3000边界层风廓线雷达在强对流天气预报中的应用初探

在简要介绍上海LAP 3000边界层风廓线雷达探测原理和产品生成的基础上,利用近两年来搜集的资料,分析风廓线雷达资料短时强降水、龙卷风等局地强对流天气预报中的应用。结果表明,LAP 3000边界层风廓线雷达资料时间和空间分辨率较高,能有效揭示常规天气资料难以分析的一些大气动力和热力特征,在短时强对流天气预报中有较好的业务应用前景。

边界层辐合线与渤海湾海陆风及温度变化的对比分析

应用天津新一代天气雷达结合地面自动气象站实时资料,统计分析2007年雷达监测到边界层辐合线的生消、演变规律,并研究边界层辐合线与渤海湾海陆风的对应关系以及海陆风转换前后气温的变化规律。

边界层风廓线雷达资料在浙中强对流天气中的应用

利用义乌CFL-03边界层风廓线雷达资料,对浙中地区15次强对流天气过程进行了分析。结果表明:(1)水平风不仅能提前于天气图数小时获知冷空气入侵,预判强对流的发生,而且通过对低空西南急流尤其是超低空西南急流或偏南急流的研究发现,其对短时暴雨或降雹能提供非常有利的信息,同时任何风向的超低空急流都可以作为判断雷雨大风的依据;(2)垂直速度和大气折射率结构常数(CN^(2))的大小能较好地反映降水开始和结束,而降水发生时,功率谱密度表现为正径向速度,谱宽变宽,且各信号形状较为相似;(3)当径向速度图出现速度模糊现象,尤其是在低层时,地面对应有大风。风廓线雷达资料对强对流天气的发生发展有较可靠的指示意义。结合多普勒雷达资料,可有效加强本地短临预报能力。

边界层风廓线雷达发射机放大链路设计与实现

依据中国气象局《风廓线仪功能规格需求书》要求,参考国内外固态发射机先进技术,研制了一台工作在L波段的边界层风廓线雷达发射机。本发射机具有不间断连续运行、即插即用性和高可靠性,波形和带通响应优化以占用频谱宽度小的特点。基于发射机的模块化架构、主要技术指标和功能,重点介绍发射链路的设计思想和原理、各级功率放大器的指标分配、芯片选型、功放电路设计、ADS仿真与稳定性优化。经过近3年在不同雷达站点的不间断运行,发射链路性能较稳定,符合设计要求。为今后其他型号雷达固态发射机的自研设计提供了技术参考。