不同边界层稳定性下海气湍流热通量日变化的前沿问题探讨

海气湍流热通量(潜热和感热)是研究海气相互作用和大洋环流的关键要素,认识其变化机理对理解"海洋动力过程及气候效应"有重要意义。然而,受观测手段和计算能力两方面的限制,过去对海气湍流热通量日变化研究存在"特征认识较粗、机制理解较疏"的现象。本文探讨了在不同边界层稳定性下海气湍流热通量日变化研究中的问题与难点,并讨论了"不同边界层稳定性下海气湍流热通量日变化过程和机理"这一关键科学问题。本文提出,可基于海洋浮标、平台和波浪滑翔机等综合观测数据和高时空分辨率再分析资料,利用块体算法和脉动分离方法,揭示全球海气湍流热通量的精细化日变化特征和决定因素,以及海气湍流热通量日变化强度(日内小时级变化的标准差)与极端天气过程和气候事件的动力关联。同时,为更精准认识日变化过程,在技术上可通过耦合高频海表流速和校正边界层物理参数观测高度等方式提升海气湍流热通量估算的精确度。本文提出可将多时空尺度海气湍流热通量变化维度转换到边界层稳定性上,以便集中认识其日变化特征和机理,支撑全球海气能量平衡的科学认识。

基于优化CFD模型的风电场风速数值模拟

为了提高风资源普查的精度,更好地针对我国地形及风况,文章优化了现有风资源计算流体力学模型,并编写了相应计算模块。优化模型包括:(1)贴合复杂山地地形的网格化分器,可以对任意地形进行网格划分;(2)通过分析测风数据自动计算湍流模型系数;(3)增加温度运输方程,将大气边界层热稳定度耦合到动量方程和湍流模型中;(4)与实际大气边界层热稳定度分层效应一致的入口条件及壁面函数。为了验证优化后的风资源计算方法的精度,文章对一待开发风电场进行了风资源计算。计算结果显示,使用优化的模块可以更精确地计算风速,与优化前相比,可以将误差至少降低10%。

街道峡谷对近地层风场影响的观测和模拟分析

城市街道峡谷结构对近地面边界层的风场环流等气象要素具有重要影响,可导致城市局地空气污染分布发生变化.随着城市化发展及城市空气质量变化,街道峡谷的城市空气污染影响日益突出,分析街道峡谷内部风场成为认识和治理我国城市空气污染的一条重要途径.鉴于目前我国鲜有城市街道尺度大气边界层精细气象观测研究,本文分析了美国俄克拉荷马大学的街道峡谷精细气象观测数据及其FLUENT模拟.结果表明:街道峡谷内风场结构变化依赖大气背景风向,当背景风向平行于街道峡谷走向时,街谷两岸风速几乎没有差异,而在背景风向垂直于街道峡谷走向时,由于高空风进入街谷形成的涡旋气流对街道峡谷风场有补充作用,峡谷两侧中层高度风场差异变大,风速差值大约为0.5 m·s^-1,且街道峡谷两岸风速差异得到了FLUENT模式的验证,但模式对迎风岸的风速模拟存在高估,模拟的中层高度处两岸风速差值为1.6 m·s^-1.观测资料分析揭示大气边界层稳定度条件对街道峡谷内风场分布也有很大影响,中性稳定条件下街道峡谷两岸近地层风速差异最大,输送进入峡谷空间的风速增量比原峡谷内风速大约高1倍,其它稳定度条件下街谷两岸风速差异被削弱.