高速列车弓网受流系统放电实验平台设计

为掌握外环境下高速列车的运行特点,开展弓网电弧变化特性研究,该文设计并研制了高速列车弓网受流系统放电实验平台,其风洞系统由风洞结构、风扇转子系统、风洞控制系统、弓网电弧发生系统、观测系统组成。测试结果表明:低速直流风洞风速可达50 m/s,湍流度低于1%,速度不均匀性小于1%,流场稳定性不超过1%,气流偏角不超过0.5°,满足《低速风洞和高速风洞流场品质要求》(GJB 1179A—2012)中所规定的参数指标。该系统为探究强气流场环境下弓网电弧物理特性的变化规律提供了良好的实验环境,可为高速运行环境下列车弓网电弧研究提供参考数据。

寒潮大风及海冰对北方港口波浪推算的影响

为了探究冬季极端天气及海况对北方港口波浪推算的影响,以黄骅港为例,建立能够综合考虑海冰和寒潮大风影响的波浪数值模型。与实测值相比,模拟的黄骅港外航道口门处有效波高最大值和平均值分别偏大0.41%和偏小5.46%,且演化趋势基本吻合。结果表明,港内2018年寒潮大浪致灾地点处考虑海冰、强风及波浪绕射与反射影响的有效波高最大值为1.14 m。通过敏感性分析可知,港内波浪推算过程中若忽略寒潮大风的影响,则有效波高严重偏小达73.68%。如考虑海冰的影响,有效波高将比无冰情况偏小8.77%。

舰船环境适应性设计方法探索与实践

探索舰船环境适应性的设计方法,以提高舰船在各种复杂环境下的适应能力。分析了舰船环境适应性设计中面临的若干问题和改进提高方向,参考借鉴国内外航空航天、电子等行业成功经验,提出了指导舰船环境适应性设计的主要设计原则和工作内容。围绕改善环境条件、加强耐环境能力设计这2个方面,提出了3种环境适应性设计方法,包括基于规范的设计方法、基于环境仿真的设计方法、基于预使用验证的设计方法。根据舰船风浪环境适应性设计的特点和要求,选择采用环境仿真和模型试验技术开展了应用研究。基于分析结果,提出了增加水线面系数、调整浮心、优化线型等多项改进措施建议。采用环境仿真和模型试验相结合的方式,可有效支撑舰船风浪环境适应性设计和评估,这一方法具有较高的工程推广应用价值。另外,未来应加大环境仿真技术的研究和应用力度,尝试开展多因素综合环境仿真,以进一步提高舰船的环境适应性。

滆湖北部人工地形重塑下风浪场变化研究

风浪是影响浅水湖泊物理生境环境重要的水动力要素之一。基于滆湖实测风浪数据,建立了滆湖风浪模型,验证结果表明模型可以较好模拟滆湖风浪随风场变化情况。在此基础上开展滆湖北部水域在人工地形重塑工程实施后的风浪变化情况分析。结果表明,不同季节盛行风下,风浪强度和湖底扰动强度均有一定程度的衰减,这有利于水体透明度和水底光照条件的改善。风浪强度的衰减使得具有有利于水生植物生长与发育风浪条件的水域面积显著扩增。人工地形重塑的实施,有利于滆湖北部水域水生植被物理生境环境改善,从而为滆湖北部水域水生植被的修复提供较好的环境支撑,也为其他浅水湖泊地形重塑工程的实施提供借鉴。

多源地基遥感资料在郑州强飑线天气预警中的应用

基于风廓线雷达、毫米波云雷达、微波辐射计、雨滴谱等地基遥感探测资料和常规探测资料,研究多源探测资料在郑州强飑线天气预警中的应用.结果表明:①风廓线雷达资料精细地呈现了飑线过程中冷暖平流及垂直风切变的演变,特别是监测到飑线形成前1 h对流层中低层西南急流形成并增厚,深层垂直风切变增强,利于飑线的形成和组织化.②毫米波云雷达产品显示,随着飑线系统移近,云系增多增厚并向下、向上扩展,云中的含水量增大,强反射率因子接地指示降水产生.③微波辐射计反演的温度、湿度及大气不稳定指数在对流发生前后变化特征显著,在飑线临近预警中有一定的参考价值.④雨滴谱数据显示直径2 mm以下的雨滴是此次飑线降水的主要贡献者.

基于BWM-DS证据理论的大风浪环境下渔船航行安全评估

为预判渔船在大风浪环境下航行时的安全状况,从人、船、环境和管理等4方面进行分析,结合因果分析图法建立渔船在大风浪环境下航行的安全评估指标体系。运用最优最劣法(BWM)确定各指标的权重,采用D-S证据理论的合成标准融合各评价指标的权重,通过基本信任函数赋值的方法得到基本可信度值,确定其风险,得到基于BWM-DS证据理论的渔船安全评估新模型。运用该模型对渔船“粤阳江渔07128”在大风浪环境下翻沉的事故进行评估,验证该模型的有效性。评估结果表明,采用该模型评估所得结果与事故实际情况和专家主观评估结果相符,证明该模型能有效评价渔船在大风浪环境下的安全航行状况。

考虑风速概率的防风拉线风振疲劳损伤分析

为了掌握大风作用下地锚式防风拉线疲劳损伤特性,以新疆吐鲁番110 kV草杨一线为工程依托,构建了杆塔-导线-防风拉线体系整体有限元模型,分析了大风荷载作用下防风拉线的风振响应,建立了防风拉线线夹出口处节段有限元模型,研究了拉线钢股丝疲劳应力空间分布规律,分析了大风区防风拉线疲劳损伤。研究结果表明:风速对防风拉线轴向变形和应力影响较大,拉线外层钢股丝与内层钢股丝的轴向振幅时程变化具有高度一致性,在大风作用下,拉线外层钢股丝与内层钢股丝轴向振幅时程呈现强烈波动,风速越大,拉线内外层钢股丝的应力波动越大;在风荷载作用下,防风拉线内层钢股丝承受的轴向应力相对较小,而外层钢股丝应力相对较大;随着风速的增大,防风拉线的应力越大,拉线内外层钢股丝的应力波动也愈发剧烈;大风作用下防风拉线内外层钢股丝的疲劳损伤并不相同,拉线内层钢股丝的疲劳损伤小于外层钢股丝的疲劳损伤。

高原环境下混凝土收缩理论及收缩预测模型综述

随着我国经济的持续高速发展,重大交通基础设施正向西部高原地区快速推进,以混凝土为主要材料的桥梁、隧道等基础设施建设面临昼夜温差大、低湿度、强风和紫外线等复杂恶劣环境,对混凝土的耐久性能产生了巨大威胁。为预防混凝土开裂病害,提高混凝土耐久性能,本文对混凝土收缩机理进行研究,分析了不同收缩机理的影响因素和混凝土收缩预测模型,比较了不同预测模型的适用条件,对了解高原环境下混凝土收缩变形规律,防治混凝土收缩开裂病害提供了参考依据。

尺度适应重力波拖曳方案在高分辨率数值预报中的应用研究

随着数值模式分辨率越来越高,在复杂地形区域仅考虑高层重力波拖曳作用和地形阻塞作用具有局限性,WRFv4.3模式中新型重力波拖曳方案在原有大尺度重力波拖曳和地形阻塞作用基础上新加入了边界层小尺度重力波拖曳作用,且对湍流地形拖曳作用增加了描述,从而可以达到尺度适应。为了验证新的重力波拖曳方案的效果,本文基于华北区域3 km对流可分辨模式开展了2021年冬季重力波拖曳参数化方案应用试验,对比分析了三组试验方案:不开启重力波拖曳、原有的仅考虑大尺度重力波拖曳和阻塞作用的方案以及新型的尺度适应方案的模拟结果。试验结果表明:原有重力波拖曳方案仅考虑重力波拖曳和大尺度地形阻塞,在3 km模式中对复杂地形附近整层风场影响较大,但是正效果有限;新型尺度适应重力波拖曳方案在3 km分辨率模式中大尺度重力波拖曳和阻塞拖曳作用为0,仅由边界层内小尺度重力波拖曳和湍流地形拖曳起作用,能够达到尺度适应效果;由于高层重力波拖曳为0,开启新型重力波拖曳会降低低空尤其是边界层内风场预报正偏差,对高空风场无影响;对模拟区域的统计检验结果表明,新型重力波拖曳方案可以有效减少地形复杂区域近地面风场预报的误差,但对温度等其它要素的改善有限。

基于离散灰色优化模型的大温差梁挠度预测模型研究

为定量表征大温差、强风环境下钢混组合梁桥关键施工工序挠度变化规律,以新疆木垒县博斯坦乡首座钢混组合梁桥为研究对象,考虑环境因素的影响,分析组合梁体吊装前后关键阶段位移变化规律,同时基于有限元理论模型和实测值,建立GM(1,1)和OMGM(1,1)两类灰色预测模型,对其进行残差、关联度、后验差精度检验.结果表明:两类模型具有较高的精确度,均满足钢混组合梁桥位移预测要求,可对吊装阶段梁体位移进行预测推演.相比GM(1,1)模型,OMGM(1,1)模型精度更高,建议将OMGM(1,1)模型作为桥梁关键工序施工前的挠度控制分析检验公式,以提高预测精度.

不同海域水文环境与风力机疲劳载荷差异性研究

在整机基础支撑结构的设计开发过程中,了解波浪载荷对海上风力发电机组疲劳载荷的影响至关重要。该文选取中国沿海地区部分典型海上风电场址,通过波浪凝聚及JONSWAP谱,对所选典型场址的波浪水文条件进行分析处理,并以此为变量,仿真研究不同波浪对于海上风力发电机组关键部件的疲劳载荷影响。最后,引入风浪异向,更贴合实际地评估波浪对疲劳载荷的影响。

基于星载合成孔径雷达图像交叉谱的全球海浪特征研究

星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)因其全天时、全天候的观测能力,为全球海洋动力环境要素研究提供了重要数据支撑。然而,SAR海浪成像是非线性过程,现有理论中的近似求解会导致海浪谱反演的信息缺失。SAR图像交叉谱技术的提出一定程度上突破了这一限制,能够很好地量化海浪谱特性及海浪传播方向。本研究延续前人系列成果,利用最新提出的面向径向海浪的图像谱强度,开展不同尺度海浪随局地风速的变化趋势分析,并基于雷达视向图像谱强度提取了谱峰波数,进而结合欧洲空间局环境遥感卫星先进合成孔径雷达波模式在开阔大洋获取的近400万景SAR图像,分析了谱峰波数的全球分布特征,为量化全球风浪耦合过程提供新视角,揭示了海浪与风速耦合关系的空间分布与季节变化规律。

毫米波云雷达在高影响天气中的预警应用

为提高城市高影响天气的精细化预报预警水平,利用雄安新区2020年1月—2023年12月容城气象站Ka波段毫米波云雷达反射率因子、径向速度等7种产品及地面气象资料和天气学、雷达回波图像形态分析等方法对雄安新区暴雨、大风、雾、霾及沙尘等高影响天气进行分析。结果表明:1)云雷达对含降水的高影响天气云体探测结构清晰、垂直分布特征直观。当春、夏、秋季回波强度≥21 d BZ(冬季≥15 d BZ)、伸展高度≥5 km(冬季≥2 km)的云体出现,且云体最低高度达150 m时,可看作地面降水将出现的特征指标,时间提前量平均达20 min左右,当回波强度减弱、云底高度抬升,降水趋于结束;各级降水中,暴雨的强回波伸展高度、云水含量等最大。2)当回波顶伸展高度达8 km之上而后快速下落至云顶高度≤2 km时,地面易出现8级以上大风,降水伴大风的回波特点为强回波区中形成明显的U或V型缺口,缺口区最大径向速度达12.5 m·s^(-1)左右。3)云雷达反演滴谱数据产品可较好反映各级降水的粒子分布特征;垂直积分液态水含量(Vertically Integrated Liquid Water,VIL)对降水伴大风有预警指示意义,提前量0~30 min或以上。4)非含降水的高影响天气(雾、霾、沙尘等),云雷达回波强度等整体偏弱,各天气现象之间界限不清晰,但与降水天气发生转换时云雷达能快速、清晰地探测出降水云体,有利于提升降水的精细预报预警能力。

2022年秋末初冬贵州一次超强寒潮天气过程分析

【目的】2022年11月29日—12月1日贵州出现一次超强寒潮天气过程,为分析此次超强寒潮及其伴随的剧烈降温、大风和雪凝天气的成因。【方法】利用常规观测资料和NECP 1°×1°逐6 h再分析资料,运用天气学原理和天气动力学诊断分析方法。【结果】(1)此次超强寒潮天气过程是在中高纬地区配合有-48℃冷中心的冷涡低槽发展东移南压,引导强冷空气大举南下以及副高加强西伸北抬、高原上多小槽东移的背景下产生的。(2)前期热低压发展加深,贵州大部地区最高气温异常回升至27℃以上,850 hPa冷平流强盛且维持时间长,是造成降温幅度大、气温低、降温持续时间长的主要原因。冷平流强度低于-32×10-5℃·s^(-1)的区域与过程最低气温降幅超过16℃的区域基本一致。【结论】(1)强气压梯度和变压梯度是此次超强寒潮强风形成的主要原因,大风区ΔP3普遍超过3 hPa,ΔP24普遍超过10 hPa。ΔP3>3 hPa、ΔP24>10 hPa可作为寒潮大风预报指标。(2)西南低空急流维持加强,持续输送水汽并使贵州大气层结呈中间暖、上下冷的“三层”结构模式,850 hPa到地面温度T<0℃,为雪凝天气的发生发展提供了水汽和温度条件。当850 hPa温度T≤-2℃、地面温度T≤0℃时,降水相态由雨转冻雨或雨夹雪或雪。

PROPAGATION OF INTERNAL INERTIO-GRAVITY WAVE SPECTRA IN VERTICAL WIND SHEAR ENVIRONMENTS

The variation of the spectral structure of the internal inertio-gravity waves (ⅡGWs) propagating in the atmospheric wind shear environments is discussed in this paper. From the hydrodynamic equation set in Boussinesq approximation, a spectral propagation equation ⅡGWs satisfy is derived, then the spectral correspondence in the upper atmosphere is numerically calculated, after a forced spectrum is given as a Van- Zandt one at the lower boundary. The results show that if ⅡGWs do not encounter the critical-layer absorp- tion, then their spectral structure may be not changed significantly; otherwise it may be changed greatly, and a few of spectral components are filtered. Also the isotropy of the assumed VanZandt spectrum is distorted in upward-propagating process. That is the directional filtering effect of the atmospheric wind on the gravity wave spectrum.

井水位前驱波与气压、风、降雨及强震关系的分析

对山西朔州井与静乐井水位前驱波与气压、风、降雨及强震关系进行定量、半定量统计分析的结果表明,前驱波引起的井水位变幅与气压引起的井水位的水位变幅不一致,前驱波的周期与气压、风、降雨周期不匹配,出现的时间不同步,形态差异也很大,与短时间集中降雨也无明显的对应关系。前驱波与强震之间存在较好的对应关系,对应率在50%左右。井水位前驱波现象不是气压、风、降雨等干扰因素的短期突变所造成的,可能反映了大震前震源内部信息。

钓鱼岛、黄岩岛海域风能及波浪能开发环境分析

利用模拟海浪数据、CCMP风场资料,对我国钓鱼岛、黄岩岛附近海域的波浪能、风能资源特征展开研究,为海浪发电、风力发电、海水淡化等资源开发工作提供参考,也期望可为解决我国维护海洋权益、海洋资源开发、在边远海岛驻军、军用/民用舰船在远洋活动的电力、淡水问题提供科学依据和辅助决策。此外本研究还就钓鱼岛、黄岩岛附近海域的风力等级频率、浪级频率、风向频率、波向频率等海洋环境特征进行统计分析,为海洋工程、防灾减灾等提供参考。结果表明:(1)钓鱼岛海域的风能密度呈单峰型月变化特征,年平均值为450 W·m-2,黄岩岛海域的风能密度呈"W"型月变化特征,年平均值为228 W·m-2;钓鱼岛年平均值波浪能流密度为14 kW·m-1,黄岩岛为11 kW·m-1;(2)钓鱼岛、黄岩岛海域的有效风速、可用波高、100W·m-2以上风能密度、2 kW·m-1以上波浪能流密度出现频率都整体较高,这对资源开发是很有利的;(3)1988—2010年期间,钓鱼岛、黄岩岛的风能密度、波浪能流密度整体呈递增趋势,这对风能、波浪能资源的开发也是有利的。(4)从资源的储量来看,钓鱼岛、黄岩岛蕴藏着丰富的波浪能、风能资源,且资源储量比我国沿海平均值丰富。综上,钓鱼岛、黄岩岛海域蕴藏着丰富的、适宜开发的风能、波浪能资源,实行海浪发电、风力发电、风浪联合发电、海水淡化等工作,将具有广阔的军事和经济前景。

“一一·二四”海难渤海风场的数值模拟

用中尺度数值模式 ＭＭ５对 １９９９年 １１月 ２４日烟台附近发生重大海难事故的渤海风场进行了数值模 拟，探讨了该次冷锋大风的风场特征和影响机制．结果表明：用９０ｋｍ的粗网格可以成功地模拟地面冷高压 与锋面的发展和移动，以及高空环流形势的演变．而通过３０ｋｍ细网格的模拟发现，在冷锋后的行星边界层 中．存在着一条宽度为 ２００ ｋｉｎ的中尺度强风带，最大风速位于 ９２５ｈＰａ，它与高空的极锋急流并不相连；细 网格还模拟出了渤海中尺度低压的发展过程，它使近地面层大风的强度显著加强．模拟还表明，海陆差异对 近地面的风场分布有重要的影响，强风带移入渤海后，在渤海海域形成一个 ２００—３００ ｋｍ的中尺度强风 区．因此，采用具有较高分辨率的中尺度数值模式，对提高渤海大风的预报水平，避兔海难事故的发生更具 有重要意义．

大风浪影响下海域泥沙输运异变数值模拟

基于实测的水深、潮流、悬浮体、底质数据及历史气象资料等,采用导入SWAN波浪参数的ECOMSED三维模型,模拟大风浪对小清河口附近海域悬浮体浓度和底床冲淤变化的影响程度。并利用全潮水文观测资料对水动力和输沙率模拟结果进行检验,对比分析表明计算值与实测值吻合良好。模拟结果表明,大风浪影响下近岸海域泥沙输运变化较大,悬浮体浓度可达一般天气的10倍左右,而底床冲淤变化可达平时的百余倍。大风浪期间剧烈的底床冲淤变化对河口拦门沙演化影响较大。

沈阳市百年最大降雪过程分析

2007年3月4日-5日暴雪过程为沈阳地区有观测资料百年以来最大一次暴雪天气过程。为了研究此次天气的特点，以便于对以后此类天气做出更好的预报，作者在本文中对该次天气过程做了多方面的分析。因为此次天气过程为沈阳市百年以来最大的一次降雪过程，包括暴雪、寒潮和大风三大主要特点，所以对此次过程做一深入的研究对于以后的气象工作具有重大意义。通过分析表明本次过程为高空南北槽合并、低空切变发展为低涡、地面南来气旋和极地冷空气的共同配合作用形成。通过水汽条件、动力因素和k指数等多方面物理量的分析，结果表明此次暴雪、寒潮和大风主要成因为①500hPa强冷空气堆积、700hPa垂直运动、850hPa的低涡和地面南来气旋，高低空以及地面的配合相当完美。②前期暖湿空气的堆积和地面江淮气旋带来的暖湿空气，高空强冷平流。暖湿和冷干空气的交汇是暴雪产生的必要条件。③垂直运动是降水产生的动力因数，垂直运动和地面气旋系统的移动路径和降雪区域密切相关。