Prediction and verification of melting front in GTA weld pool of full-penetration

A thermal conduction model is applied to speed up the numerical analysis of the temperature distribution and the weld pool geometry of full penetration in gas tungsten arc （GTA） welding. With considering both top and bottom flee surface deformation of full-penetrated weld pool, three-dimensional weld pool with melting front and solidification front is predicted. Welding experiments are conducted to measure the melting front curves at the top surface and the longitudinal section of the weld. It shows that the predicted and measured results are in good agreement.

冷涡影响下杭州湾一次区域性极端大风的演变和机制分析

利用常规气象探空观测、地面自动气象站逐分钟观测、风廓线雷达以及多普勒天气雷达等多源观测资料,分析了2021年4月30日傍晚到夜间浙江北部和杭州湾沿海地区一次区域性极端大风的天气特征,重点探讨了对流系统移入杭州湾后的中尺度演变特征和大风增强的原因。结果表明,此次过程是典型的多尺度相互作用的结果,在高空深厚的东北冷涡影响下,配合中层西北急流和较强的地面暖低压促使飑线后部对流系统发展,形成雷暴大风天气。对流单体在经过杭州湾水系后明显增强,其阵风锋前侧有西南暖湿入流,后部冷池发展强盛,气压涌升,叠加地面环境风场和杭州湾水面的热动力条件,从而触发不稳定能量促使单体发展。系统经过杭州湾后辐散下沉出流明显增强,将中高层的动量更快地下传至地面,对于杭州湾南部风力增强效应显著。杭州湾光滑下垫面、喇叭口等特殊地形也是造成极端大风出现的原因之一。同时,逐分钟变温相比于极大风出现时间提前了约7~10 min,对于局地极端大风监测预警有一定的指示意义。

闸站枢纽泵站前池流态及其改善数值模拟研究

分析了沙集闸站前池泥沙淤积成因,并试图改造在下游新建清污机桥,应用桥墩改善前池流态、减少泥沙淤积,采用三维建模软件UG NX建立河道流场三维模型,基于ICEM CFD进行计算域网格划分,并使用ANSYS CFX进行数值计算。计算结果表明:现状抽水工况下,导流墙内侧存在大范围低速区,因而产生大范围泥沙淤积。将泵站下游两侧导流墙延长至60 m,在导流墙头部新建清污机桥,应用桥墩导流,导流墙内侧低速淤积区范围大大减小,泵站进水流态大为改善。

地形及暖锋共同影响下京津冀典型重污染过程数值模拟

由于京津冀所处的独特地理位置,地形及中尺度天气对该地区空气污染的形成起到至关重要的作用。2023年12月29—30日京津冀发生了一次典型区域性重污染过程。利用RMAPS-CHEM数值模式系统的预报结果,结合地面PM2.5质量浓度及气象资料等,研究了地形及暖锋共同作用下边界层过程加剧平原地区重污染程度的影响机制。结果发现:受华北地形槽影响,西南风在传输污染物的同时还将暖湿气团自南向北输送,造成京津冀平原东南侧形成低空暖锋;在暖锋及地形的共同影响下,被污染的冷气团因东南侧受暖锋驱动、西北侧受地形限制,堆积于近山区平原的地面附近,形成冷池;冷池的逆温、静风和极低边界层等强稳定大气层结特性,导致污染物被限制在有限垂直空间内,同时弱风造成气团停滞,抑制污染物水平方向的传输和扩散,这些不利因素最终导致污染物浓度持续积累。

组态软件Web化的分析与设计

分析传统组态软件面临的问题,结合组态软件的技术特点与使用场景,提出一种针对传统组态软件Web化的设计方案,包括系统架构、Web前端界面和后台程序。根据实际应用场景增加了线程池方案,提高了后台程序的执行效率。该设计方案应用在ECS-700neo工业控制系统组态软件中,系统测试结果表明:达到了Web化预期效果。

一次强对流过程中两种不同类型风暴导致的极端对流大风分析

利用多源观测资料,对2021年4月30日发生在黄淮地区的一次强对流过程中由不同类型风暴系统造成的极端对流大风进行了探讨。研究表明,此次强对流过程发生在东北冷涡背景下的强风垂直切变和层结不稳定环境中,地面气旋及锋面触发了初始对流,在之后近10 h的传播过程中经历了组织化发展、孤立风暴新生、发展、合并与重组等不同阶段。期间,由两种不同类型风暴产生了特征相异的对流性大风:第一阶段,以江苏淮安站为代表,苏中极端对流性大风(36.2 m/s)是由发展强烈的超级单体风暴引发下击暴流所致。对流风暴低层呈现出明显的钩状回波特征,对应深厚的具有显著气旋性旋转的中气旋,在地面极端大风临近时刻,中气旋存在同时向上和向下拉伸、水平尺度快速收缩过程。贯穿整个风暴的下沉气流位于风暴钩状回波后侧,这支强下沉气流至地面附近迅速向外辐散,伴随风暴内强反射率核快速下降,导致淮安产生时、空尺度小且空间分布显著不连续的极端大风。第二阶段,以江苏南通地区为代表,苏东南地区极端大风的发展过程涉及多尺度天气系统的相互作用。线状对流系统前部存在明显的阵风锋,造成较大范围10级以上的地面大风;南通通州湾极端大风(47.9 m/s)发生在阵风锋后侧,其形成一方面是由于线形对流风暴造成的强冷池与地面冷锋相叠加,形成更强的气压梯度,另一方面与地面中尺度气旋入海过程中的快速发展以及风暴后侧倾斜向前的下沉气流导致的高空风动量下传有关。

秦岭北麓两次下山雷暴不同演变特征分析

2018年7月26日和29日,秦岭北麓雷暴下山形成阵风锋并均在关中平原造成强对流天气,雷暴下山后强度、移动速度以及影响范围差异大,预报难度大。利用多源观测资料及ERA5再分析资料分析这两次过程(分别简称为7·26过程和7·29过程)的差异及成因。结果显示:7·26过程雷暴组织化程度高、生命史长、冷池小时最大变温为16℃,产生大范围短时强降水和雷暴大风;7·29过程以孤立普通单体的生消为主,冷池小时最大变温为8℃,仅造成秦岭沿山局地短时强降水。7·26过程发生在副热带高压西北侧,中低层暖平流发展使不稳定能量增长,关中平原上升运动及北山地形抬升为雷暴移入后发展加强提供了有利的动力条件;7·29过程发生在副热带高压南侧,关中平原以下沉运动为主,不利于雷暴移入后进一步发展加强。7·26过程阵风锋移动方向与边界层风向相反,又与风暴承载层平均风向相同,有利于对流垂直发展,对流发展过程中低层垂直风切变逐步增大,与冷池强度保持同步增长;7·29过程阵风锋移动方向和边界层风向相同,低层辐合弱,整个过程中0~3 km风矢量差始终不足5 m·s^(-1),不利于对流组织化发展。特殊地形对冷池的移动方向及强度产生了影响:7·26过程强的西南出流使冷池呈东北—西南狭长带状沿平原南边界向东北推进,冷池势力集中,移速快,强的辐合触发新对流发展;7·29过程冷池在黄土台塬地形过渡区扩散传播,东南风和西南风出流使对流分裂,冷池强度减弱,不利于新对流触发。

陕南汉江盆地一次冷锋触发的短时强降水过程及预报检验

山区特殊地形下的强降水形成机理复杂、预报难度大,且此类强降水常导致严重的地质灾害。为提升特殊地形下强降水的预报能力,利用常规气象观测资料、欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)ERA5再分析资料、FY-4A卫星云图资料、多普勒雷达资料及多模式预报产品,对2022年6月3日夜间至4日清晨发生在陕南汉江盆地的局地短时强降水过程形成原因及模式预报性能进行检验分析。结果表明:(1)本次过程为一次锋面在盆地触发的短时强降水过程,由于对流不稳定层结浅薄、垂直风切变较弱,因此造成的强降水具有明显的局地性,但强度较大,12 h累计降水量多站超过50.0 mm,最大104.8 mm;(2)锋面两端受地形阻挡移动速度较慢并难以翻越高大山脉,因而不断在盆地内触发对流产生强降水,且在盆地近地层形成的次级环流可加强对流活动发展;(3)锋面前部形成的冷池在盆地不断触发新的对流单体后向传播形成列车效应,同时大于50 dBZ的强回波位于0℃层高度以下,具有较高的降水效率,且持续时间较长,因而带来最大62.6 mm·h^(-1)的短时强降水;(4)全球模式对此次短时强降水的预报能力有限,中尺度区域模式能够反映锋面对流的一些特征和降水,尤其是CMA-TRAM(Tropical Regional Atmosphere Model for the South China Sea)和CMA-GD(China Meteorological Administration-Guangdong)模式能较好地反映局地强对流的触发及发展趋势,但对锋前冷池造成的对流系统强度和组织性仍预报偏差较大。

2022年河南“7·25”雷暴大风天气成因分析

利用常规观测资料、区域自动站资料、雷达数据和NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料等,对2022年7月25日河南雷暴大风的天气学成因进行了分析。结果表明:高层冷空气叠加在低层暖区之上形成的强烈位势不稳定层结及较强的垂直风切变,为强对流天气发生发展提供了有利的环境条件。700 hPa以下持续的西南气流对水汽输送和补充起到了重要作用。强对流区不稳定指数增大,对流有效位能(CAPE)、下沉对流有效位能(DCAPE)突增,且均大于河南强对流阈值,θ_(se)垂直递减率增大,为强对流提供了不稳定能量。对流层中高层有干冷空气侵入,使下沉气流蒸发加强,导致其气温急剧下降,形成地面冷池和小高压。当1 h正变压中心≥2.6 hPa,1 h变温中心下降达6℃以上,且强对流上下游的1 h变压差值≥3.2hPa时,1 h变温≤-4℃的地面冷池附近对应着国家基本气象站和气象观测站分别出现19~30 m·s^(-1)(8~11级)和25~38 m·s^(-1)(10~13级)的大风。地面中尺度辐合线促使对流云团的生成发展,云团发展强盛阶段移动加快(50~70 km·h^(-1))。雷暴大风、强降水发生在云团前沿TBB等值线梯度大值区和TBB≤210 K的冷云区。造成雷暴大风的主要雷达特征为阵风锋、飑线、弓形回波、中气旋;飑线回波尺度大(200~300 km),中心强度强(60~70 dBZ),强回波顶高(7~8 km),移速快(55~70 km·h^(-1))。飑线的形成和发展是造成河南中东部发生大范围雷暴大风的主要原因。

一次高空冷平流诱发的极端雷暴大风分析

为提高盆地西部极端大风的预报预警水平,利用多源探测资料和再分析资料,从天气学角度对2021年7月18日四川盆地西部的一次极端雷暴大风的成因和风暴的精细化结构进行分析。结果表明:在高空干冷平流侵入低层暖湿区域以及中等强度垂直风切变作用下,配合抬升凝结高度以下“喇叭口”结构的温湿廓线条件形成本次雷暴大风。中层干冷入流加强为急流、蒸发冷却和降水拖曳明显增强、冷池梯度加大等因素诱导强下沉气流在地面形成极端大风。极端大风出现时雷达回波为弓形多单体回波。成熟和消亡阶段,本站气压涌升和风速剧增开始时刻较最大瞬时风速出现提前15 min左右,瞬时风速的大值时段与相对湿度小值时段同时出现。成熟阶段灾害性大风发生的区域位于风暴母体“V型”缺口顶部及其右侧区域。此外,基于RKW理论还发现,风暴最强时刻冷池和低层风垂直切变产生的水平涡度接近平衡状态。

双多普勒雷达风场反演对一次后向传播雷暴过程的分析

利用常规观测、雷达和加密自动站资料,对2013年9月13日上海地区的一次以后向传播为主要特征、伴有强降水和大风的强对流过程进行了分析,并采用双多普勒雷达风场反演等技术,对其形成的环境条件及后向传播机制进行了研究。由于上海连续多日处在副热带高压(副高)西北侧边缘,具备了充足的水汽和较强的不稳定条件,地面辐合线在上海北部触发了初始对流,其出流与地面风场的辐合在西南侧不断触发出新的对流单体,出现了与引导气流相反、指向西南方向的雷暴传播矢量,当单体的新生传播速率大于引导流速率时,雷暴整体产生了与引导气流相反的后向移动。针对该后向传播机制的研究表明:对流单体强下沉运动形成的阵风锋在其西南方向与环境西南风辐合,并与该处原有的地面辐合线碰撞造成更强烈的上升气流,触发新的单体生成,新单体发展成熟后产生强降水和强下沉运动,加强和维持了其西南侧的阵风锋,使得阵风锋向西南方向推进并继续触发新单体生成;风场反演的垂直运动分布和演变也显示了多个对流单体从东北向西南依次表现出消散、成熟和新生阶段的特征。因此,本次过程中形成了"雷暴单体新生发展—成熟后缓慢东北向移动—产生强降水、下沉运动和大风在其西南侧触发新单体"的循环;向西南方向推进的地面阵风锋与原有的地面辐合线共同形成了雷暴西南侧局地锋生区,与新生对流区的位置一致,是该次过程后向传播的主要原因。

一次夜间弓形回波特征分析

针对2012年7月13—14日一次发生在高空槽前暖湿环境中产生短时强降水和7—9级雷雨大风的夜间弓形回波系统,进行了天气过程分析和数值模拟,发现弓形回波系统由两个多单体雷暴合并发展,强降水特征明显,在弓形回波的弓形顶点经过的浙江北部的嘉兴到上海青浦、宝山等一线出现了长距离的直线大风。分析表明,在整层湿度较大的环境中,来自对流系统南侧的中高层干暖气流卷人,加强了雷暴中降水的蒸发冷却作用,导致雷暴中的下沉运动明显增强,是产生长距离直线大风的关键环境因素;弓形回波系统后侧维持向前、向下倾斜的后侧人流急流,与雷暴内的下沉运动共同作用增强了风暴前侧的气压梯度,是产生此次弓形回波大风的主要原因;强低空环境风垂直切变阻止了冷池快速离开风暴主体,弓形回波前侧的阵风锋与低层环境风垂直切变形成的匹配涡对使得前侧新生对流垂直发展,是该弓形回波系统发展、维持的关键机制。

北京地区干湿雷暴形成机制的对比分析

利用多普勒雷达变分分析系统,结合局地非常规观测资料,对北京两次雷暴过程,即2008年8月14日湿雷暴(伴有强降水,简称"814")和8月24日干雷暴(弱降水,简称"824")形成的环境物理条件进行了较深入的对比分析,结果表明:(1)影响"814"的天气系统,主要是高层500 hPa稳定的东北冷涡槽和与之配合的850 hPa切变线,850 hPa以下整层空气湿润,北京位于比湿值大于12 g·kg^(-1)和地面相对湿度大于90%湿舌区,中低层具有由湿度差动平流引起的对流不稳定;"824"高层盛行平直的偏西风,低层有反气旋,地面有冷锋快速过境,850 hPa以下整层空气干燥,北京处于比湿小于6 g·kg^(-1)和相对湿度小于30%区,中低层有明显的温度差动平流。(2)"814"北京上空存在较强的整层垂直风切变,500～1500 m风向随高度有明显顺转,增强低层暖湿入流,有利于雷暴迅速组织发展,整层合成风小,雷暴移速慢;"824"则相反,垂直风切变弱,没有明显的低层暖湿入流,不利于雷暴组织加强,整层合成风大,促使对流系统快速东移。(3)"814"是一次多单体雷暴相互影响,并相继碰撞合并的湿雷暴群事件,上游雷暴降水产生强的冷池出流与前方低层偏东风暖湿气流形成辐合线,迫使暖湿气流抬升,加上强热力不稳定和垂直风切变,有利于新对流单体产生,而多个雷暴冷池出流形成的阵风锋之间的相互碰撞,进一步加剧了这种不稳定,导致冷池之间雷暴新生或加强;"824"是一次伴随冷锋的线状对流系统快速东移过程,上游雷暴冷池出流阵风锋前沿没有明显的偏东风暖湿气流配合,缺少中尺度抬升机制和暖湿入流,新生雷暴难以生成和发展。

上海地区一次阵风锋结构特征与动量收支诊断分析

利用多普勒天气雷达资料、自动气象站资料以及WRF模式模拟结果,分析了2012年7月13-14日上海地区发生的一次阵风锋结构特征,并对阵风锋移速成因进行了动量收支诊断分析。结果表明：（1）此次阵风锋天气现象特征明显：气压陡升、风向突变、风速加大、温度及露点温度骤降等,并伴有短时强降水。（2）WRF模式较为完整地模拟了此次阵风锋发展演变及其对上海地区的影响过程。（3）阵风锋后面伴有冷池,冷池主体位于2 km以下,冷池上方伴有负的扰动气压,且2~3 km气柱内有扰动西风下传。冷池强弱直接影响阵风锋强度,扰动西风下传所带动量直接驱动冷池,进而影响到阵风锋形成及其强度。（4）动量收支诊断分析分析表明,垂直平流、气压梯度力对阵风锋的纬向移动有较大贡献。

北京地区一次飑线的组织化过程及热动力结构特征

2015年8月7日华北西北部的一次断线状对流系统向东南方向移动,并与平原地区多单体雷暴合并、组织,最终形成强飑线,造成北京地区出现较大范围的风雹和局地短时强降水天气。基于多源资料的研究结果表明:(1)飑线形成有三个阶段:上游线状对流发展移动、平原多个单体雷暴的新生和合并、线状对流并入本地多单体后组织成飑线。第二阶段中,城区北部边缘地面热力分布不均,配合局地风场辐合,触发了雷暴。雷暴冷池范围不断扩大,温度梯度区向南扩展,造成新生对流向南传播。(2)飑线的组织化过程,呈现出两支强入流为典型特征的动力结构:一支位于雷暴冷池后侧中层(4500~5000 m),另一支位于低层飑线前侧,由强辐合区垂直于飑线指向云内。这两支强入流分别构成飑线前侧和后侧两个独立的顺时针垂直环流圈。后侧入流和前侧入流在同时加强,造成飑线前侧垂直环流不断加强,与之对应的环境垂直风切变也同步增强。这一动力过程形成了有利于飑线组织化的中尺度垂直切变环境,垂直风切变增大的本质实际上是飑线发展反馈的结果,同时也是驱动飑线快速向前移动和发展的重要因素。当后侧中层入流消失,前侧垂直环流也随之逐渐减弱,预示着飑线从成熟开始减弱消亡。(3)从热力结构看,下山的线状对流冷池与平原地区多单体雷暴的冷池合并,形成了扰动温度低于-8℃、厚度加深到1.5 km的强冷池,其前沿的β中尺度锋面附近的辐合上升运动加强,进一步促进了飑线在平原地区发展加强,并出现阵风锋。

松辽盆地大情字井地区青二段沉积微相与砂体特征

松辽盆地大情字井地区油气勘探重点已由构造油藏转为隐蔽性岩性油藏,非主力油层青二段成为今后主要勘探目标。对区域地质资料、岩心资料、重矿物、地震以及测井曲线等资料进行综合分析,确定大情字井地区青二段油层主要为三角洲前缘—前三角洲沉积体系,并对主要沉积微相类型进行了识别,分析了主力小层沉积微相与砂体展布规律。砂体类型以水下分流河道和河口坝为主,其中,水下分流河道呈条带状SW—NE向展布,向东逐渐减薄,受河道侧向摆动影响,砂体呈叠置或切割分布,形成复合条带状砂体和断续砂。

2017.6.21致灾雷暴大风特征分析

为深入探讨保定雷暴大风的形成机理和提前预防农业气象灾害的发生,本研究利用常规观测资料及NCEP/NCAR逐日6 h再分析资料,对2017年6月21日发生在保定东部及雄安新区的雷暴大风天气进行分析。结果表明:地面中尺度辐合线和冷池是直接触发机制;探空曲线存在上下2个自由对流高度LFC;雷暴大风出现在最强负变温与正变压前侧锋区;雷暴大风位于高能舌附近的能量锋区;边界层弱冷平流有利于水平锋区的形成与加强。整层MPV2负值的增大、高低空垂直螺旋度的耦合,构成此次雷暴大风天气的典型模式。此次过程是发生在高空槽前的雷暴大风天气,高低空系统的配置和不稳定条件比较有利于强对流的发生。依据地面中尺度系统至少可以提前10^20 min发出预警信号。

复杂地形下北京一次局地雷暴新生和增强机制初探

利用变分多普勒雷达分析系统,结合多普勒雷达观测、地面自动站、风廓线仪、加密探空等非常规观测资料,对北京地区2011年8月9日局地雷暴的新生和增强机制进行了较精细的分析。结果表明:该过程是一次发生在弱垂直风切变环境下的局地强对流雷暴大风过程,环境场有较强的不稳定能量(CAPE达2 798 J.㎏-1),地面高比湿带(>20 g.kg-1)在山前聚集,城区西部山前存在一较强γ中尺度热辐合中心,前期大气环境条件十分有利于对流发生发展;上游移进北京的强雷暴受地形强迫作用影响,其产生的冷池出流被抬高,冷空气叠加在地面γ中尺度热辐合中心之上,使山前局地大气层结更不稳定,另一方面,强冷池出流产生的边界层高层偏北风与近地面弱的偏南风构成有利于对流新生的垂直风切变,地面热辐合中心、边界层热力和动力不稳定的增强共同作用是局地雷暴新生的主要机制;上游冷池出流边界(阵风锋)伴有的强温度梯度和边界层辐合上升运动是原有局地新生雷暴显著增强的主要原因;多单体雷暴相互碰撞合并产生的辐合上升运动是局地雷暴得以持续的关键因素。

米仓山前缘震旦系灯影组天然气勘探前景探讨

通过对米仓山周缘震旦系灯影组露头沥青的详细勘测,证实了川北地区灯影组油气成藏的可能性,并提出该区曾发育过较大规模的古油藏。以岩石学、地球化学、地球物理为基础,详细分析了米仓山前缘地区震旦系灯影组生、储、盖等油气成藏静态条件;在米仓山地区构造演化研究的基础上,动态分析了该区灯影组圈闭及保存条件的发育与演化过程,认为米仓山前缘通南巴地区灯影组油气成藏四中心(生烃中心、生气中心、储气中心、保气中心)均为原地性,四中心耦合程度高,具有良好的油气勘探前景。

梅雨锋暴雨中尺度对流系统触发和组织化的观测分析

利用观测和NCEP再分析资料,对2015年6月26—28日江淮流域梅雨锋暴雨天气对流的触发和中尺度对流系统(MCS)的组织方式进行了分析。结果表明:梅雨锋附近发展的2个线状中尺度对流系统是暴雨的直接制造者。MCS2的发展有2种组织方式,26日夜间到27日凌晨,东西向雨带的不断后部建立和随后对流单体的列车效应是其发展的主要方式。27日凌晨到白天,初期新单体不断在线状MCS2的南缘触发,形成多个近乎平行的东北—西南向短雨带,后期梅雨锋锋面雨带从西部不断东移,经过强降水区;对流元有2种尺度的组织方式:新生对流单体沿着单个雨带向东北方向的列车效应以及东北—西南向雨带沿线状中尺度对流系统向东平移的"列车带"效应;持续的后部建立型和沿着同一路径不断的"列车带"效应使MCS2发展和维持。梅雨锋前不稳定空气的地形抬升和边界层辐合上升是初始对流的主要触发机制;26日夜间对流产生的冷池对对流的触发和MCS2的组织化及维持起重要作用,中尺度对流系统的组织特征和发生、发展受近地面环境场制约。