循环型高通量输送床的建立与控制

密相输送床气化和双流化床气化是基于循环型流化床反应器发展起来的两种新型煤和生物质气化技术,根据这两种技术对流动的要求,提出了在循环流化床的下行床底部耦合一段移动床,为输送床内的流动提供足够高的驱动压力而提高颗粒循环量的技术思想。在根据该思想而建立的直径90 mm的输送床实验装置上的实验研究表明,利用所提出的床型构造可在表观气速9.6 m·s-1下实现400 kg·m-2·s-1的颗粒循环量。输送床的一次风速和移动床松动风速是影响颗粒循环量和输送床内颗粒浓度的主要因素,但循环量随输送床一次风速的增大而增加的走势弱于普通循环流化床。移动床松动风速在小于颗粒最小流化速度的范围内轻微变动即可显著改变颗粒循环量和输送床内颗粒浓度。在保持输送床总气速不变的前提下,通过二次风可在40%的比例范围内调节颗粒循环量,且调节作用随二次风位置的增高而减弱。

地表通量输送对飑线过程影响的数值模拟研究

使用水平分辨率20km的RSM-RANAL再分析资料和WRF模式,对2004年7月12日影响上海地区的一次飑线过程进行分析和数值模拟,结果表明:(1)雷暴发生区域的西北侧约300km处有一冷锋,地面风场辐合;中低层为一致西南急流,雷暴发生区域上空300hPa位于西风急流右后侧辐散区中;地面存在明显的温度梯度。(2)雷暴发生前浙皖交界山区处的CAPE增至1000J/kg,CIN减至30J/kg以下;杭州湾附近的CAPE值大于2000J/kg。这些地方之后均有强对流单体生成,并成为飑线的一部分。(3)WRF模式对这次飑线过程的主要特征模拟较好,包括地面风场和飑线的结构。(4)敏感性试验指出陆面过程对本次飑线过程的形成发展起了重要作用。一方面通过潜热通量输送增大边界层湿度;另一方面通过感热通量输送改变了边界层的层结结构,使得低层辐合(或抬升)比较容易释放不稳定。在强对流天气的预报中地表条件不可忽略。

奥运会开幕前后北京PM10输送通量变化及情景分析

利用嵌套网格空气质量预报系统(NAQPMS)的模拟结果,对奥运会开幕前后京津冀地区(2008年7月20日～8月24日)PM10(空气动力学当量直径小于等于10μm颗粒物)输送特征进行计算与分析。结果表明,气象条件的改变使得在南、东南和东三个方向输入北京地区的PM10通量在数值与分布上发生了较大幅度改变。开幕式前PM10主要自南部边界输送入北京,占输入总通量的55.8%,东南边界次之,占29.4%;奥运期间,二者贡献分别变为38.1%和47%,且入京总通量小时均值由50t下降为40.2t。垂直方向上,开幕式前输送能力最大的区间位于边界层中下部,奥运期间(8月8日～24日)边界层内输送的垂直分布较为平均。另外,结合2006年同期气象场及排放清单,通过替换的方法对奥运会期间的空气质量状况进行了情景模拟,结果表明:气象场的变化在PM10区域输送中起着决定性的作用,但在空气质量的改善方面,污染源减排的效果更为明显。

河流输送泥沙和颗粒态生源要素通量研究进展

河流中的泥沙是河流向河口和近海水域输送营养盐的重要载体,N、P、C、Si等营养盐是组成生命的最基本生源要素。按照形态组成,可将营养盐划分为溶解态和颗粒态两类,因此,从方法学上,对河流输送泥沙通量的估算是研究河流输送颗粒态营养盐通量的基本前提。本文从元素生物地球化学循环的角度,对国内外河流输送泥沙和颗粒态营养盐通量的研究进展进行了综述。国内外的研究表明:20世纪50-90年代,估算的全球河流入海泥沙通量变化范围为8.8～64Pg/yr(1Pg=1012kg),这一时期的研究重点是探讨自然因素对于河流输送颗粒态物质通量的影响;20世纪末-21世纪初,估算的全球河流的入海泥沙通量变化范围在11～27Pg/yr之间,这一时期除重视自然因素外,还特别关注人类活动对于河流输送物质通量及其未来趋势变化的影响。很多研究报道了基于全球尺度上的河流输送泥沙通量和颗粒态营养盐通量模型,并据此估算出全球河流每年向海洋输送的POC、PN和PP总量分别达170～210Tg、21～30Tg和9～20Tg(1Tg=109kg)。但将这些模型应用于某个特定流域还要进行进一步校正和检验。

激光雷达监测工业污染源颗粒物输送通量

PM10指能进入呼吸道的质量中值直径小于等于10μm的颗粒物,它是反应环境质量的重要指标,大气中过多的PM10会严重危害身体健康。激光雷达可以测量大气颗粒物消光系数,近地面颗粒物消光系数与颗粒物质量浓度是相关的,利用震荡天平(TEOM)测量近地面的PM10质量浓度,与雷达测量的消光系数建立经验关系,可以推算PM10质量浓度的垂直分布。风廓线雷达可以获得不同高度上的风向风速,将PM10质量浓度与风场数据二者结合可以计算不同高度上颗粒物向城区的输送通量,最终可以估算污染源向城区的输送总量。使用激光雷达技术对北京重要工业污染源进行了长时间的连续监测,获取了颗粒物输送通量等多种参数,给出了连续监测结果。

王哥庄湾陆源硝酸盐氮输送通量研究

以汇水区域相对独立的崂山王哥庄地区为例 ,通过研究该区的水文地质条件、分析地表水和地下水中的硝酸盐氮 (NO3 N) ,采用流量法和断面法分别对河流和地下水向王哥庄湾的NO3 N输送量进行了计算。结果表明 ,1999年 5月下旬地下水向海洋输送的NO3 N占整个陆源输入量的 30 .0 6 % ,说明地下水向海洋的营养盐输送量是海洋环境评估的重要边界条件。

北京奥运期间工业污染源颗粒物输送通量的激光雷达监测

大气中悬浮的颗粒物是评价环境质量的重要指标,激光雷达是获得颗粒物时空分布的重要手段。近地面颗粒物消光系数与颗粒物质量浓度是相关的,利用震荡天平(TEOM)测量近地面的PM_(10)质量浓度,与雷达测量的消光系数建立经验关系,推算PM_(10)。质量浓度的垂直分布.风廓线雷达给出了不同高度上风场的变化,可以计算不同高度上颗粒物向城区的输送通量,最终可以估算总的收支.使用激光雷达技术对北京重要工业污染源进行了长时间的连续监测,获取了颗粒物输送通量等多种参数,给出了连续监测结果。

高分辨率MRI模式对青藏高原夏季降水及水汽输送通量的模拟

本文使用MRI模式在不同分辨率下(180 km、120 km、60 km、20 km)的AMIP试验结果,分析了该模式对青藏高原夏季降水及水汽输送通量的模拟,并考察模式分辨率的影响。结果表明:MRI模式能够较为合理地模拟出青藏高原夏季气候平均的降水空间分布,但对气候平均水汽输送通量以及降水年际变化的模拟却存在较大的误差。随着分辨率的提高,该模式对青藏高原气候平均降水的模拟有明显改进,包括降水年循环以及夏季降水的空间分布等。分辨率为180 km、120 km、60 km、20 km的MRI模式模拟的青藏高原7月平均降水绝对误差分别为2.2 mm/d、1.2 mm/d、0.7 mm/d、0.2 mm/d。另外,高分辨率模式模拟的青藏高原夏季水汽输送通量的年际变化也更接近观测。当分辨率达到20 km时,MRI模式模拟的西风水汽输送指数与观测的相关系数达到0.43,通过了0.1显著性水平的显著性检验。但MRI模式对青藏高原夏季降水的年际变化以及气候平均水汽输送通量的模拟技巧并不随分辨率的增加有明显提高。低分辨率模式中模拟降水量偏大、印度季风槽偏强的现象在高分辨率模式中仍然存在。

长江氮的输送通量

1997年枯水期(11～12月)和1998年丰水期(8月和10月),对长江流域从金沙江至河口干流和主要支流、湖泊各种形态的氮(N)进行了调查。各种形态N的基本输送模式为,从上游至河口通量逐渐增加,其中以硝酸盐(NO3 N)、溶解无机氮(DIN)、总溶解氮(TDN)和总氮(TN)最显著,这与它们的稳定程度有关。长江口各种形式N的输出通量大部分是由中、下游贡献的,特别是枯水期。支流和湖泊贡献的N大约占输出通量的一半以上,其中洞庭湖水系贡献最大,鄱阳湖水系次之。长江枯、丰期三态无机N的输送和输出通量中,NO3 N占绝大部分。各种形式的溶解N输送和输出通量中,DIN是主要的。在所有形式的N中,溶解形式的N占绝大部分。长江枯、丰期干、支流各种形式N通量和长江口各种形式N的输出通量主要受径流量所控制,与人类活动密切相关。并提出了长江各种形式N的输送方程式。

长江磷和硅的输送通量

于1997年枯水期(11月～12月)和1998年丰水期(8月和10月),对长江流域从金沙江至河口干流和主要支流、湖泊各种形式的磷和硅酸盐进行了调查。长江干流枯、丰期颗粒磷和总磷浓度变化几乎是同步的,上游快速增加,中、下游下降且变化不大;溶解态磷和硅酸盐浓度变化较小。枯、丰期各种形式磷和硅酸盐通量从上游至中、下游呈增加趋势。枯水期长江各种形式磷和硅酸盐通量,大部分是由中、下游贡献的,其中一半以上来自于支流和湖泊。丰水期各种形式磷和硅酸盐的输送,仅上游支流贡献了一半以上的颗粒磷,其余大部分是由干流贡献的。颗粒磷所占的比例,上游高于中、下游,丰水期高于枯水期,干流高于支流,主要与悬浮泥沙含量有关,颗粒态磷是长江磷的主要贡献者。溶解态磷的输送通量,枯水期干流中有机磷略占优势,支流中有机和无机磷各占一半;丰水期均是无机磷占优势。长江水中各种形式磷和硅酸盐的输送通量和总磷、磷酸盐的输出通量主要受径流量所控制,特别是硅酸盐通量具有比磷更加明显的随径流而增加的特征。本文提出了长江各种形式磷和硅酸盐的输送通量方程式及总磷、磷酸盐的输出通量方程式。

高压密相气力输送煤粉输送速率通量及神经网络模拟

在高压密相气力输送中试试验台上,研究了输送压力P1、总差压ΔPT和流化风量Qf等操作条件,以及煤粉平均粒径dp、含水率W和煤粉种类等物性参数对煤粉输送速率通量ψ的影响规律。鉴于高压密相气固两相流的复杂性,在充分试验的基础上,先后采用原始BP神经网络和两种改进算法,对ψ进行模拟和预测,并比较各算法的优劣。研究结果表明:ψ随着P1和ΔPT的增大而增大,随着Qf的增大而先增大后减小;ψ随着dp和W的增大而减小,也受煤粉种类的影响;两种改进算法的BP网络可以对研究对象进行较好的模拟和预测,但收敛速度和预测精度不可兼得。试验结果将对高压密相气力输送系统的操作运行以及关键特征参数的模拟预测起到一定的指导作用。

近地面层湍流通量输送相似性及相干结构特征

利用2018年广东省环珠江口气候环境与空气质量变化野外科学观测研究站70 m气象塔上涡动协方差系统连续观测资料,对不同大气稳定度条件下近地面层相干结构的统计特征及其对湍流通量相似性的影响进行了初步研究.结果表明:(1)无量纲风速标准差(稳定、不稳定)和气温标准差(不稳定)遵循莫宁-奥布霍夫相似理论;(2)湍流速度(u、v、w)谱、温度(T)谱、CO_(2)和H_(2)O浓度谱在惯性副区均满足-2/3定律.w-T协谱、垂直速度(w)与标量(CO_(2)、H_(2)O)浓度的协谱(w-CO_(2)、w-H_(2)O)在惯性副区遵循-4/3定律;(3)不稳定条件下,热力湍流对H_(2)O和CO_(2)标量具有很好的输送作用,而以动量通量输送为代表的机械作用在弱不稳定条件下对H_(2)O和CO_(2)的输送效果最好;(4)上冲和下扫运动对湍流通量输送起主导作用,且随湍涡尺度的变化略有差异,湍流通量输送对大气层结的依赖性较弱.

西北太平洋楚科奇海沉积物-水界面营养盐输送通量估算

陆架区沉积物间隙水的营养盐再生是水体营养盐补充的重要途径之一。楚科奇海陆架区中部沉积物间隙水中的营养盐分布,是物理和生物扰动较弱状态下的沉积物-水界面的典型分布。本文对中国第4次北极科学考察采集的4个多管短柱沉积物样品及多管样站位的上层水样进行分析,得到沉积物间隙水、上覆水以及水柱中营养盐数据。结果表明,沉积物间隙水各营养盐浓度均先随沉积深度增加而呈指数快速升高,记为Ⅰ层;然后进入沉积物再矿化作用与营养盐移出速率相互抵消的稳定变化层,营养盐浓度在该阶段基本不变,记为Ⅱ层;最后是营养盐缓慢递减层,记为Ⅲ层,由于该层有机质降解作用耗尽氧气,NO-3和PO3-4被还原细菌利用而失去氧离子。通过双层模式和Fick第一扩散定律,计算得出楚科奇海沉积物-水界面硅酸盐、磷酸盐和硝酸盐的扩散通量分别为1.660mmol/(m2·d)(以Si计量)、0.008mmol/(m2·d)(以P计量)、0.117mmol/(m2·d)(以N计量)(以R06站为例)。四个调查站位沉积物中硅酸盐的扩散通量分别为3.101mmol/(m2·d)(以Si计量,CC1站)、1.660mmol/(m2·d)(以Si计量,R06站)、1.307mmol/(m2·d)(以Si计量,C07站)、0.243mmol/(m2·d)(以Si计量,S23站),含量呈现明显的纬度分布特征。沉积物间隙水N*的分布表明,楚科奇海沉积环境具有很强的反硝化过程,沉积物脱氮作用是硝酸盐一个重要的汇。

台湾海峡上升流区氮、磷、硅的化学特性及输送通量估算

台湾海峡中北部海域１９８３￣１９８４年、１９８７￣１９８８年多次调查资料表明，夏季氮、磷、硅诸营养盐呈近岸、底层高，向上层、外海递减的分布特征，其控制因素是福建近岸上升流。该上升流区ＮＯ３＾－－Ｎ、ＰＯ４＾３－－Ｐ、ＳｉＯ３＾２－－Ｓｉ的特征值分别为２．２０、０．２０、２．８３μｍｏｌ／ｄｍ＾３。诸营养盐含量与温度、盐度溶解氧含量及其饱和度有明显的相关性。Ｎ／Ｐ比平均值接近于Ｒｅｄｆｉｅｌｄ比值。

北京一次雾霾天气的气象条件和污染物输送特征分析

利用气象常规观测资料以及国家环境监测站PM_(2.5)质量浓度资料,分析2019年3月1—6日北京持续性雾霾过程特征、环流形势和气象影响因子;再基于HYSPLIT模式,模拟过程期间北京近地层气团的后向轨迹;采用WRF-Chem对污染过程中PM_(2.5)输送通量进行模拟分析。结果表明,在整个污染过程中北京高空环流平直或受槽后西北气流控制,地面受弱高压或低压槽控制,风速较小,近地层逆温维持,气象条件不利于污染物扩散;PM_(2.5)质量浓度与地面风速、相对湿度变化明显相关,是影响PM_(2.5)质量浓度日变化的重要气象因子;除不利于本地污染扩散的气象条件外,HYSPLIT轨迹聚类结果显示,本次污染过程中有向北京的污染气团输送,以西南—东北向路径为主,此类轨迹占比大、PM_(2.5)平均质量浓度大,在污染输送中贡献最大;WRF-Chem模拟PM_(2.5)输送通量结果表明在整个污染过程中北京南侧和东侧有较大的PM_(2.5)输入通量,与轨迹模拟结果及北京东南部污染相对西北更重的观测实际基本一致。

夏季东亚季风区水汽输送特征及其与南亚季风区水汽输送的差别

利用ＥＣＭＷＦ所分析的１９８０～１９８９年每日各层的水汽和风场资料分析了东亚季风区夏季风的水汽输送特征，并与印度季风区夏季水汽输送进行比较。分析结果表明了东亚季风区夏季水汽输送特征明显不同于印度季风区夏季水汽输送，东亚季风区夏季水汽输送经向输送要大于纬向输送，而印度季风区夏季水汽输送则以纬向输送为主。分析结果还表明东亚季风区由于夏季水汽分布是南边大、北边小，偏南季风气流所引起的水汽平流是湿平流。因此，水汽的辐合主要由季风气流所引起的水汽平流所造成，而印度季风区季风气流所引起的水汽平流是干平流，它利于水汽输送的辐散，水汽的辐合主要是由于风场的辐合所造成。

近50年来中国夏季降水及水汽输送特征研究

利用1951—2006年中国448站夏季降水资料、NCEP/NCAR VersionⅠ的再分析资料,研究了近50年来中国夏季降水年代际变化特征及其分区,并从季风性水汽输送的变化角度出发,讨论了影响中国一些主要地区降水变化的可能机制。研究发现:(1)从总体上来说,自1951年至今,中国夏季降水水在3个突变时段,即1956—1960年,1980年前后以及1993年以后。且90°E以东突变后的主要变化特征都是多雨区由北向南传播,而90°E以西则是多雨区由南向北传播;(2)近56年来就110°E以东的中国东部夏季降水而言,1980年以后多雨区由华北南移到长江中下游,又于1993年以后由长江中下游继续南移至华南;(3)中国东部各地区降水和850 hPa风场、整层水汽输送场的相关分布一致表明,中国110°E以东各降水区以南为来自偏东偏南的季风性异常水汽输送,而以北为来自偏北风和相应的异常水汽输送,两者在降水区汇合造成风和水汽输送异常辐合。因而,西太平洋副热带高压南侧的东南季风及其异常水汽输送、北方冷槽的偏北风及其异常水汽输送是中国东部夏季降水异常的主要成员,这和一般认为的这些地区降水异常来自孟加拉湾的季风性异常水汽输送的观点不同,需要作进一步研究。总之,对于中国东部旱涝的形成,应该重点注意来自西北太平洋副热带高压西侧的直接或间接经南海到达的异常西南季风性水汽输送。

夏季东亚地区水汽输送的气候特征

使用 1980—1997年垂直积分的水汽输送通量资料,分析了夏季大尺度水汽输送演变的气候特征及偏南风水汽输送在中国区域内的推进特征。结果表明:夏季各支大尺度水汽输送汇合成一条行星尺度水汽输送大值带,它从南半球出发,经过亚洲季风区,进入北太平洋;东亚夏季偏南风水汽输送所能到达的北界为东北北部50°N附近;西太平洋副高南侧的东南风水汽输送所能到达的西界为甘肃东南部100°E附近。垂直积分的水汽输送通量强辐合区大多位于行星尺度水汽输送大值带中,与降水大值区之间有很好的对应关系。

东亚地区秋季水汽输送特征及水汽源地分析

用1980～1997年垂直积分的水汽输送通量资料,分析了秋季东亚地区大尺度水汽输送演变的气候特征以及主要水汽源地,结果表明:秋季各个月东亚大陆的主要水汽来源地并不相同,9月主要来源于孟加拉湾、南海和西太平洋地区;10～11月主要来源于南海、西太平洋地区。从夏季型到冬季型水汽输送的转换特征表现为:来自南半球的越赤道输送的显著减弱、消失直至转向,东亚南支偏西风水汽输送的逐渐建立,赤道太平洋地区的偏东风水汽输送的加强西进。秋季亚洲季风区范围最大的强水汽源地位于南海、西太平洋地区(115～120°E,15～25°N)。

台风“珍珠”登陆期间动量通量的多尺度分析

利用台风＂珍珠＂登陆前后的近地层湍流观测资料,分析了该台风经过观测场地前后地面气象要素的变化及其动量通量特征。结果表明,台风＂珍珠＂经过观测场地前后的近地层气象要素发生了急剧的变化,并且在台风前部存在强的中尺度对流系统,反映在风速能谱密度结构上,频率f在3×10^-4-2×10^-3Hz之间的中尺度信号对能谱的贡献比平稳天气形势下的能谱贡献大很多,尤其是顺风方向风速的能谱密度的峰值与湍流信号的峰值相当;动量通量分析结果表明,台风中心经过观测场地的前后三小时,近地层通量以向下输送的中尺度通量为主,湍流通量的贡献相对于中尺度通量较小,也是向下输送的;而在其他时段,近地层通量主要以向上输送的湍流通量为主,中尺度通量量值很小,可以忽略。