基于近地层垂直速度能谱尺度特征确定复杂下垫面零平面位移

本文利用位于南京市郊区的南京大学仙林校区SORPES观测站多层湍流观测数据分析了湍流谱特征,以白天不稳定条件下垂直速度能谱谱峰对应的长度尺度也就是离地高度为判据,探讨了运用该方法确定复杂下垫面零平面位移的可行性。统计分析表明,该方法确定的长度尺度呈现出较为一致的概率分布形状,概率最大的长度尺度对应于离地高度,在复杂下垫面情况下这个高度就是零平面位移高度到观测高度之间的距离,将观测点的离地高度减去这个距离就能得到零平面位移。本文同时运用不稳定条件下垂直速度方差在近地层中的相似关系来确定零平面位移,并与谱方法得到的结果进行对比。结果表明,谱方法和方差法得到的零平面位移非常接近。

基于MODIS资料的中国东部时间序列空气动力学粗糙度和零平面位移高度估算

空气动力学粗糙度和零平面位移高度是很多气候模型和陆面模式中的重要参数,采用气象学方法推导这两个参数对于大范围长时间序列的计算需要大量长期的野外观测,而遥感方法可以快速经济的提供大范围数据,在本研究中采用形态学模型,以MOD IS产品数据作为数据源,计算植被冠层面积指数,估算了中国东部2001—2003年归一化到植被高度的1 km空间分辨率时间序列空气动力学粗糙度和零平面位移高度,结果表明空气动力学粗糙度和零平面位移高度均存在季节变化特征,并对所采用的模型和参数估算的结果进行了讨论。

基于遥感的海南岛橡胶林零平面位移和粗糙度估算

在橡胶风害评估中,橡胶林零平面位移和粗糙度是建立定量评估模型的重要动力学参数。以MODIS遥感数据为信息源,计算橡胶林的叶面积指数,并利用形态学Raupach方法,估算橡胶林归一化零平面位移和粗糙度。该方法充分发挥了遥感大面积获取数据的优势,同时解决了传统气象学方法获取橡胶林零平面位移和粗糙度需要大量长期的野外观测资料的限制。结果表明:橡胶林叶面积指数与归一化零平面位移和粗糙度分别存在正相关和负相关;估算结果精度能满足橡胶风害评估模型参数的需求。研究结果可为开展大范围内橡胶林风害评估提供技术支撑。

零平面位移高度的Marquardt算法

对数风速廓线中的零平面位移高度 (d)是描述和估计地表粗糙元的空气动力学特征及其对地表风蚀抑制效应的重要参数之一。本文设计了用以计算对数风速廓线中非线性参数d的计算机非线性回归法———Marquardt法 ,并用砾质床面上风速廓线的风洞模拟实验资料加以验证。结果表明 ,用Marquardt法计算出的d/h(即d与砾石高度h之比 )与砾质地表起伏度 (Dv) ,d与风速 (u)之间存都在较好的相关性 ,从而表明 ,Marquardt法是计算风速廓线非线性参数d的理想方法。

省略零平面的彩色视频编码

为提高彩色视频的压缩比,在定义四维矩阵零平面的基础上,提出了一种"省略零平面"的编码方法。彩色视频在经过四维矩阵离散余弦变换(4DMDCT:Four-dimensionalMatrixDiscreteCosineTransform)和四维矩阵量化后,量化系数中存在着大量的零系数。在对这些系数进行游程编码时,过多的零系数使得互不相同的游程数目多而分散,从而降低了熵编码的效率。"省略零平面"编码使得大多数描述零系数的游程变短,而且变得较为集中。而对于每个子矩阵中省略的零平面信息,用额外的几个比特来表示,并对其进行DPCM(DifferentialPulseCodeModulation)编码。实验结果表明,在保证较好视觉效果的前提下,该方法的压缩比一般可达到200倍以上。

长白山阔叶红松林的零平面位移和粗糙度

根据长白山阔叶红松林气象观测塔上 16个月的风速、温度、湿度及气压的连续观测资料 ,根据中性层结条件下风速随高度的对数变化规律 ,利用廓线法中的牛顿迭代法计算了该森林的零平面位移d和粗糙度z0 ,结果表明 ,d和z0 均存在着较明显的季节变化 ,在生长季d较大 ,z0 较小 ,而非生长季恰好相反 ,标准化的零平面位移d/h和粗糙度z0 /h在生长季和非生长季平均分别为 0 86 7,0 76 4和 4 4 7× 10 -2 ,3 5 9× 10 -2 。与叶面积指数对比分析发现 ,d/h和z0 /h与叶面积指数分别存在正相关和负相关的关系。敏感性分析表明 ,牛顿迭代法求d和z0对风速的精度要求较高 ,需要精度高的仪器和长期的数据积累。

复杂地形条件下零平面位移和空气动力学粗糙度的计算——以珠海南亚热带常绿阔叶林地区为例

空气动力学粗糙度和零平面位移是影响陆面过程的重要参数。以往对空气动力学粗糙度和零平面位移的计算往往针对均一程度较高的下垫面。以珠海南亚热带常绿阔叶林地区为例,探索了复杂地形下垫面空气动力学粗糙度和零平面位移的计算。用拟合法和粗糙元法计算了该地区下垫面的空气动力学粗糙度和零平面位移,并分析了两种方法的误差来源。计算结果表明,拟合法在这种复杂地形下的计算准确度并不理想,由于这种方法的代表范围较小,易受到周边地形影响而使测量结果不符合对数廓线的形式,从而得不到准确的结果。与拟合法相比,粗糙元法可以给出所计算下垫面的具体范围。粗糙元法计算结果的代表范围比拟合法大得多,因此,粗糙元法比拟合法更加能够反映的是该区域下垫面空气动力学粗糙度和零平面位移的总体情况。另外,粗糙元法可以计算那些因为风速资料不足无法用风速廓线直接加以计算的区域的空气动力学粗糙度和零平面位移。根据拟合法的计算结果,冬季315-45°范围内,z0=2.96m,d=22.48m;45-135°范围内,z0=1.26m,d=8.81m。春夏季315-45°范围内,z0=3.90m,d=27.00m;45-135°范围内,z0=1.51m,d=14.83m。根据粗糙元法的计算结果,东南西北四个方向1km×1km范围内z0分别为0.94m、1.28m、1.30m、2.08m;d分别为13.87m、18.79m、19.12m、30.61m。

鄱阳湖地区零平面位移及动力粗糙度的计算

利用2013年7月1日至2014年6月30日鄱阳湖东岸70 m铁塔涡动相关观测资料,应用Martano方法和TVM(Temperature Variance Method)方法分别计算了该地地表零平面位移d和粗糙度z_(0),通过代回Monin-Obukhov相似性理论的风廓线关系计算摩擦速度,以验证与实测摩擦速度的一致性。速度和温度标准差的归一化拟合线分别与Panosky等和Tillman给出的曲线趋势一致,表明该站观测数据总体满足近地层相似性。Martano方法计算结果随季节变化较大,春夏季的粗糙度是秋冬季的6.3倍;陆面方向零平面位移和粗糙度分别为来自湖面的2倍和10倍;Martano方法比TVM方法对季节和方向的敏感性更强。Martano方法计算得到零平面位移和粗糙度对摩擦速度造成了约9.9%的高估;而TVM方法对摩擦速度造成了约32.8%的高估;Martano方法计算的摩擦速度和观测值的一致性更好。

局地零平面位移对非均匀地表有效空气动力学参数的影响

利用最新提出的非均匀地表有效空气动力学参数联合计算方案,研究了三种非均匀地表情况下局地零平面位移对有效粗糙度和有效零平面位移影响的统计特征.结果表明,局地零平面位移对有效粗糙度有增幅作用,随着局地零平面位移的增加,有效粗糙度也相应增大,但局地零平面位移对有效粗糙度的增幅作用随地表粗糙变率增加而略有减小;有效零平面位移随局地零平面位移的增加而增加,但总小于线性加权平均值,且随着地表粗糙变率的增大,有效零平面位移却有所减小.

具有零切应力平面的平面科特流实验研究

以隧道中运行的地铁列车为载体,在动壁面上进行了平面科特流的实验.实验结果表明实验点与理论计算值吻合良好.证明具有零切应力平面的平面Couette流理论是正确的.为计算列车通过隧道时的空气摩擦阻力与压力波的传播,提供了一种简单可行的计算理论和实验根据.

平面零收缩LTCC基板制作工艺研究

LTCC基板的共烧收缩均匀性受到材料和加工工艺的影响较大,使烧成基板的平面尺寸难以精确控制,成为LTCC基板实现高性能应用的一大障碍,需要重点突破。文章在简要介绍了常见平面零收缩LTCC基板制作工艺技术的基础上,通过精选LTCC生瓷带并设计10层和20层LTCC互连实验基板,提出评价指标,根据自有条件开展了自约束烧结平面零收缩LTCC基板的制作工艺研究,重点突破了层压与共烧工艺,将LTCC基板平面尺寸的烧结收缩率不均匀度由通常的±0.3%～±0.4%减小到小于±0.04%,可以较好地满足高密度高频MCM研制的需要。

一种新型平面零收缩LTCC基板制造技术

LTCC基板烧结过程中的烧结收缩率和收缩不均匀性极大地浪费了材料的使用空间,并影响到了电路图形的对位加工精度,限制了LTCC在高密度模块组件中的应用。文中介绍了目前零收缩LTCC基板制造技术的发展情况及其核心技术,并且自主开发了一种新型的平面零收缩LTCC基板制造技术,实现了0.5%±0.05%的基板平面烧结收缩率控制,并对关键因素进行了研究,最后通过实例展示了该技术的应用情况。

城市下垫面空气动力学参数的估算

为了定量描述北京城市下垫面的空气动力学特征 ,为模式提供准确的下垫面参数。利用气象塔大气湍流观测资料 ,结合Martano(2 0 0 0 )由单层超声风速、温度资料估算非均匀下垫面空气动力学参数的方法 ,计算了中国科学院大气物理研究所气象塔附近的下垫面空气动力粗糙度z0 和零平面位移d ,即z0 为 1 .75m和d为 40 .1 2m。该结果与前人研究成果的比较结果表明 :最近的 8年内 ,该处的零平面位移和空气动力粗糙度明显增大 。

西双版纳热带季节雨林风时空变化特征初步分析

利用西双版纳热带季节雨林观测铁塔不同高度的风速及风向观测资料．分析了风的年、季节和日变化特征．结果表明，林冠上风速较强，林冠下风速较弱；林内风速的日变化和垂直变化均不明显．30～50m范围内，风速垂直变化最显著，但年变化不大；50m以上风速年变化显著，但垂直变化稍小．于热季（3～4月）风速最大，雨季（5～10月）次之，雾凉季（11-翌年2月）最小，昼间风速大于夜间．在昼问，上午风速最小，下午次之，中午最大．受地理位置和地形影响，风向具有明显的日变化特征，主导风向昼间为偏东南风，夜间为偏西风．昼间零平面位移（d）值上午最大，中午次之下午最小，其年变化幅度呈现下午幅度大，上午和中午幅度小的趋势．粗糙度（Z0）昼间值呈现下午〉中午〉上午的趋势，且下午Z0值显著大于其他两个时段。

城市下垫面空气动力学参数的确定

分析近 1 0年北京 32 5m气象塔常年观测资料 ,研究城市化发展对城市大气边界层动力学结构和特征的影响。结果表明 ,空气动力学粗糙度和零平面位移总体是逐年递增的。气象塔西南方向的高层建筑群是 2 0世纪 90年代初期逐渐建成 ,在SW方向 ,空气动力学粗糙度和零平面位移在 90年代增加明显 ,增加的幅度 1 997年和 1 999年之间较大 ,这一点与气象塔西南方向城市化的加快相符合。而在NE、SE和NW方向 ,从 1 987年到1 994年空气动力学粗糙度和零平面位移增加明显 ,1 994年以后变化较小。

玉米农田空气动力学参数动态及其与影响因子的关系

对锦州玉米农田生态系统生长季内的粗糙度(z0)和零平面位移(d)动态特征及其与风速、株高(h)和叶面积指数(LAI)的关系分析表明:零平面位移(d)在玉米拔节后10d左右,株高约1.40m时开始出现,在抽雄前为0.80—1.00m,抽雄后为1.00—1.40m;z0在抽雄前小于0.20m,乳熟前后达到最大,约为0.40m。d/h和z0/h分别为0.40—0.54和0.10—0.14,在h达到最大值前,分别随LAI增大而减小和增大。d出现前,z0与风速呈负指数关系,与LAI和h都呈线性关系。d出现后,风速与z0、d之和的关系比与各自的关系更显著;d与LAI、h都呈显著指数正相关关系,LAI、h对z0的影响大于d和z0+d,且h的作用大于LAI。d出现至h达到最大期间,上述各种关系最为显著。研究结果可为建立空气动力学参数的动态参数化方案及改进陆面过程模型提供依据。

黄河上游玛曲地区空气动力学参数的确定及其在陆面过程模式中的应用

为了定量描述黄河上游玛曲地区草地下垫面的空气动力学特征,为模式提供准确的下垫面参数,利用"黄河源区气候与环境综合观测研究站"2006年9月的湍流观测资料,结合Martano由单层超声观测资料确定下垫面空气动力学参数的方法,计算了黄河上游玛曲地区草原下垫面空气动力学粗糙度z0和零平面位移d,即z0为0.035 m,d为0.143 m。同时,将z0和d应用于陆面过程模式CoLM中,检验其对模式模拟性能的影响,结果表明,改进陆面参数后的模式对感热通量和潜热通量的模拟均有明显改善。

盘锦芦苇湿地空气动力学参数动态及其影响因子

应用盘锦芦苇生态系统观测场的涡动相关通量和小气候梯度系统的观测资料,采用涡动相关与小气候梯度观测相结合的方法估算了研究区芦苇下垫面空气动力学参数,并分析了其影响因素.结果表明:该方法可较好地估算芦苇湿地的空气动力学参数;芦苇湿地零平面位移(d)和粗糙度(z0)的季节变化均呈先增后减的单峰曲线变化.z0和d均在9月达到最大,分别为0.24和1.85m;12月达最小,分别为0.03和0.02m.芦苇湿地z0和d的季节变化主要受株高(h)和叶面积指数(LAI)的影响.d随h的增加而线性增加,z0与h呈二次曲线关系.d/h和z0/h均与LAI呈幂函数关系,复相关系数分别为0.99和0.78.

江苏句容下蜀次生栎林的空气动力学参数研究

根据江苏句容下蜀次生栎林气象观测塔30 m处三维超声风温仪1 a的观测资料,应用温度方差方法计算了空气动力学参数,并对其影响因子（风向、风速、摩擦风速和叶面积指数（LAI））进行了分析。研究结果表明,零平面位移d和粗糙度Z0都具有明显的随着植被生长先增大后减小的季节变化趋势,两者生长季的平均值为15.20 m和1.86 m,非生长季为14.25 m和1.24 m。d随风向无太大变化,Z0在90°~180°和300°~30°的主风向上有显著变化,平均值分别为1.23m和1.81 m。Z0随风速增大而减小,当风速增大到一定程度后Z0随风速的变化较小,而Z0随着摩擦风速的增大而变大。d随LAI增大而增大,Z0也随LAI增大而增大,当LAI增大到一定值时,Z0随着LAI的增大而变化不大。根据有效数据比分析表明,TVM法中的系数C3取3.5、C1取0.9~1.05较合适。