冬小麦生长与土壤-植物-大气连续体水热运移的耦合研究Ⅰ:模型

本文开展了冬小麦生长与土壤-植物-大气连续体(简称SPAC)水热运移的耦合研究，建立了可以同时动态模拟冬小麦生长过程与SPAC水热运移过程的动力学模型-WheatSPAC模型。模型中，采用有限元差分格式进行土壤水热运移的数值模拟；采用双层模型进行冠层水热运移的模拟；采用改进的Feddes根系吸水模型及负指数分布形式的根系密度模型，实现土壤与冠层的耦合；通过生育阶段、干物质生产、干物质分配等过程的模拟，建立了冬小麦生长的机理性模型；通过对冬小麦叶面积指数、株高、根系分布的模拟，实现冬小麦生长与SPAC水热运移的耦合。     

热-流-固耦合渗流的数学模型及其应用

热-流-固耦合问题涉及许多领域,诸如石油热力开发领域中的渗流问题,孔隙介质中的渗流场、温度场以及岩石变形场之间就存在着复杂的耦合作用。该文首先建立了热-流-固多场完全耦合渗流数学模型,研究了全耦合偏微分方程组的求解方法,然后采用有限体积法和有限元方法相结合的数值模拟方法对耦合数学模型进行了求解,通过砂土固结算例验证了耦合模型及求解方法的正确性,最后作为应用实例,利用所建立的热-流-固耦合渗流数值计算模型对油页岩原位加热开发的渗流过程进行了数值分析。     

基于应力-渗流-损伤耦合模型的重力坝三维水力劈裂数值模拟

裂缝的高压水力劈裂是混凝土高坝安全评估的重要部分。目前,重力坝水力劈裂的数值模拟绝大多数是二维的,对于坝体上游面经常出现的竖直裂缝的三维水力劈裂的数值研究几乎为零。本文提出一种应力-渗流-损伤耦合模型,用于混凝土重力坝三维水力劈裂的模拟。采用该耦合模型,模拟了一个内置裂缝的圆柱体试件的水力劈裂,数值结果与试验结果吻合很好,验证了所提耦合模型的合理性。在此基础上,采用该耦合模型,进行了国内某混凝土重力坝三维水力劈裂的模拟,数值模拟得到的损伤区域与设计院根据安全监测实测结果得到的范围基本吻合。研究结果表明:本文耦合模型可以方便、有效地进行重力坝三维水力劈裂的模拟,评估表面裂缝的危险程度。     

坝体-地基-库水系统的动力有限元分析及其应用

基于有限元耦合声-结构方法(The coupled acoustic-structural method,CAS),结合阻抗边界条件,流体采用ABAQUS声学介质模拟,建立了有限元-无限元耦合的坝体-地基-库水系统的数值模型.该方法可对库底吸收边界条件、库水表面重力波和库尾辐射边界条件进行模拟.作为工程实例对满库Kon...     

基于拉格朗日粒子追踪的渤海冬季与夏季环流及影响因素

基于三维非结构有限体积海洋模式(FVCOM)对渤海环流进行了数值模拟研究.数值模拟中采用三角形网格,以更好地拟合渤海复杂的岸线边界.潮位、潮流、温盐模拟结果验证良好.通过对粒子的拉格朗日追踪研究了渤海冬季与夏季环流及潮、风、海气热交换和人海径流对渤海环流的影响.研究表明:粒子输移存在明显的三维结构;与渤海中部及海峡附近...     

一维畦灌地表水流-土壤水动力学耦合模型Ⅱ：验证

根据室内外试验观测数据和模拟结果,对比分析了基于混合数值解法求解的一维畦灌地表水流运动模型以及基于二阶时间离散精度有限差分法-四阶空间离散精度有限体积法解算的一维土壤水动力学模型的模拟效果,检验了现有迭代耦合模式改善后的模拟性能。结果表明,利用混合数值解法求解一维畦灌地表水流运动模型具有比Roe有限体积法更好的数值计算稳定性和收敛性;与一阶时间离散精度有限差分法-二阶空间离散精度有限差分法及一阶时间离散精度有限差分法-二阶空间离散精度有限体积法相比,采用二阶时间离散精度有限差分法-四阶空间离散精度有限体积法解算一维土壤水动力学模型具备较好的模拟精度、质量平衡性和收敛速率。与此同时,改善后的迭代耦合模式呈现出较好的模拟精度和质量守恒性,且计算效率平均提高0.7倍以上。基于数值解法和迭代耦合模式同步改进后构建的一维畦灌地表水流-土壤水动力学耦合模型,具有提高模拟精度和计算效率的良好能力。     

计算风工程中基于κ-ε系列湍流模型的数值风场

以同济大学TJ-2风洞模拟的缩尺比为1:300的B类风场为来流边界条件,通过调整湍流模型常数和物理粗糙高度,详细讨论了基于标准κ-ε湍流模型的大气边界层的数值模拟方法.作为数值模拟方法的应用,结合作者提出的修正的壁面函数,基于标准κ-ε湍流模型、MMKκ-ε湍流模型和Realizableκ-ε湍流模型,给出了B类和D类数值风场.数值模拟结果表明:对于粗糙度比较小的风场,现有的标准壁面函数可以实现大气边界层的模拟;而对于粗糙度比较大的风场,采用修正的壁面函数可以获得更好的结果.数值风场基本满足现行的建筑结构荷载规范关于平均风速和湍流强度的规定.     

太湖湖流耦合模式和水质可预报性研究

<正>河海大学、江苏省水文水资源勘测局江苏省水文水资源勘测局无锡分局把"水流-水质-泥沙-大气"系统当成一个整体,采用现场实测、数值模拟、资料同化、可预报性理论等学科交叉手段,建立太湖"水流-水质-泥沙-大气"耦合数学模型,并进行了系列数值验证,初步揭示了太湖"水流-水质-泥沙-大气"体系的多时间尺度特征。在水沙监测方面,积累了太湖水流(流速、流量)、水质、地     

气象水文模型耦合研究及其在渭河流域的应用

在由工程和非工程措施构成的流域防洪减灾体系中,水文预报占据十分重要的地位。为了延长水文预报的有效预见期,同时保证水文预报的精度,需要对整个水循环过程进行综合模拟研究,因此大气模式和水文模型的耦合研究成为关键。论文分别建立并验证了数值天气预报模式WRF和分布式水文模型WEP,采用单向耦合的方式,构建了渭河流域陆气耦合模拟平台,在此基础上对渭河流域2000年9月下旬至10月下旬的降雨和径流过程进行耦合模拟,并与实测降雨及径流日过程进行了对比分析,取得了较好的效果。     

黄海冷水团的季节变化特征及其形成机制研究

在普林斯顿海洋模式(POM)的基础上,利用高精度卫星遥感得到的风和海表温度(SST)数据并考虑M2分潮的作用,模拟了黄、渤海海域三维热结构和环流的时、空变化;在此基础上,系统描述了黄海冷水团水文现象;并对黄海冷水团形成机制进行了探讨。研究结果表明:温跃层、潮混合、暖流和地形对黄海冷水团起着重要作用。     

EI NIO PHENOMENON AND EXTENDED ASSOCIATE PATTERN ANALYSIS

1 .　INTRODUCTIONIntroductionEINi noPhenomenon ,thelargestinterannualclimatesignal ,isthefirstclimatephe nomenonshowntodependessentiallyuponcoupledair seainteractionsinthePacificregions .In pastdecadesmanyeffortshavebeenmadeinunder standingandpredictingENSO :suchasthehypoth esisofBjerknes[1] thatENSOarisesasaself sus tainedcycleinwhichSSTAinthePacificcausethetradewindstostrengthenorslackenandthatthisinturndrivestheoceancirculationchangesthatproduceSSTA ;Wyrtki’srelaxationtheory[…     

A STUDY ON VARIABILITY OF SEA SURFACE TEMPERATURE IN TROPICAL PACIFIC, INDIAN OCEAN AND RELATED AIR CIRCULATION

1 .　INTRODUCTIONOceanscover 71%oftheearth’ssurface ,ab sorb 70 %ofthesolarradiationenergy ,85 %ofwhichisstoredintheoceanicsurfacelayerasaheatsourcedrivingair seamotion ,andsuppy 86%ofthemoistureintheair .Thethermalanddy namicinertiamakestheoceanhavespecial“re membrance”and“low passfilter”roleforatmo sphericvariation .Therefore ,thevariabilityofoceanicthermalsituationandair seainteractionareoneoftheimportantfactorscausingtheshortrangeclimaticchanges[1] .Namias ( 195 9) putfor wardthe…     

2021年黄河流域极端秋雨与大气环流和海温的关系

为探究2021年黄河流域秋雨的异常特征及其成因,利用黄河流域232个测站逐日降水资料、NCEP/NCAR逐月再分析数据集和英国气象局Hadley中心月平均海温资料等,分析了2021年黄河流域秋雨的极端性,并进一步与秋雨异常偏多年的环流背景和海温异常特征进行了对比。结果表明：2021年黄河流域秋雨较常年异常偏多,偏离气候态近8σ,全流域有62.5%的站点累积雨量大小位列历史同期前5,37.9%的站点位列第1,表现出显著的极端性。巴尔喀什湖低槽底部分裂短波槽东移南下,与西太平洋副热带高压西北侧的西南气流交汇于黄河流域南部,造成2021年秋雨异常偏多;与其余秋雨异常年相比,2021年副高面积偏大、强度偏强、西伸脊点偏西,印缅槽强度则偏弱。2021年秋季,北太平洋海温较气候态偏高3.6σ,异常度位居秋雨异常年首位,其通过引起副高的异常响应造成极端秋雨的发生。本研究可为黄河流域秋雨预测提供参考。     

Surface and 700 hPa Atmospheric Circulation Patterns for the Great Lakes Basin and Eastern North America and Relationship to Atmospheric Teleconnections

Many studies have identified continental-scale atmospheric circulation regimes, and some have been employed for various regions, but none have involved a regional categorization of circulation around the Great Lakes basin. Such an analysis is important not only because of the economic and recreational importance of the lakes, but in an effort to relate the regional circulation types to the broaderscale modes of atmospheric circulation, such as that forced by El Niño (ENSO). In this study, rotated principal components analysis (RPCA) is performed on the monthly mean sea-level pressure field around the Great Lakes basin, and in a separate analysis, on the mean 700 hPa field in eastern North America. An average-linkage clustering algorithm is applied to the RPCA scores to classify the monthly surface circulation in the Great Lakes region and the 700 hPa circulation over eastern North America. The classification is used to determine whether the various categories of regional circulation patterns are coincident with distinct hemispheric-scale flow regimes. To do this, indices of the modes of variability in some of the most well-known atmospheric teleconnections during months that fall within each circulation mode are subjected to ANOVA tests by cluster. Results suggest that the regional atmosphere over the Great Lakes basin undergoes long-term shifts in preferred modes of circulation. Furthermore, flow variability associated with the 700 hPa North Atlantic Oscillation (NAO) and Pacific/North American (PNA) teleconnections are more strongly tied to variability in both the Great Lakes regional surface circulation and the 700 mb eastern North American flow regimes than is the ENSO-forced Southern Oscillation.     

LARGE-EDDY AND DETACHED-EDDY SIMULATIONS OF THE SEPARATED FLOW AROUND A CIRCULAR CYLINDER

The separated turbulent flow around a circular cylinder is investigated using Large-Eddy Simulation (LES), Detached-Eddy Simulation (DES, or hybrid RANS/LES methods), and Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes (URANS). The purpose of this study is to examine some typical simulation approaches for the prediction of complex separated turbulent flow and to clarify the capability of applying these approaches to a typical case of the separated turbulent flow around a circular cylinder. Several turbulence models, i.e. dynamic Sub-grid Scale (SGS) model in LES, the DES-based Spalart-Allmaras (S-A) and k ? ω Shear-Stress-Transport (SST) models in DES, and the S-A and SST models in URANS, are used in the calculations. Some typical results, e.g., the mean pressure and drag coefficients, velocity profiles, Strouhal number, and Reynolds stresses, are obtained and compared with previous computational and experimental data. Based on our extensive calculations, we assess the capability and performance of these simulation approaches coupled with the relevant turbulence models to predict the separated turbulent flow.     

非淹没圆柱群局部水流场特征分析

本文基于带自由表面水动力学数值模型,采用双方程k-ω的剪切应力输运(SST)湍流模式,对非淹没刚性圆柱群水流场进行了三维数值模拟。通过与实验数据的对比分析,验证了模型的有效性及模拟精度。通过圆柱群绕流场特征的模拟分析,探究了不同圆柱雷诺数和固体体积分数对柱群内剪切层渗入长度(δ)、柱群后尾流区剪切层长度以及床面应力空间分布特征的影响。     

厄尔尼诺事件的成因与预报

为研究El Nin^-o事件的形成机理、建立其统计学预报模式，该文提出“拓展伴随模态分析”的新方法并将其应用于实测月平均SLP(或1000毫巴位势高度)和SST距平资料。分析结果表明：中高纬度高压移动所形成的异常热带亚澳大陆桥高压、北太平洋涛动的中纬度低压和构成南方涛动的异常海洋低压三者之间的相互作用是El Nin^-o事件演变过程中的决定因素；其形成和前发展阶段主要是大气驱动海洋，异常东亚或中亚高压与后二者的结合诱发东部型Nin^-o事件而异常西亚、南印度洋或南澳大陆高压与后二者的结合诱发中部型El Nin^-o事件；其后发展和消亡阶段主要是海洋驱动大气，在异常南、北太平洋中纬度海洋低压和亚澳大陆桥高压共同作用下形成的、以热带西太平洋为中心的钳型异常低温水舌牵引着上方的钳型异常海面高压向东北延伸使得阿留申低压回归原处，向东南延伸使得南方涛动的海洋低压减弱变性并造成了El Nin^-o事件的衰亡。其预报结果为：2003年将是一个正常偏冷年份。     

THE RESPONSES OF THE THIRD GENERATION OF IAP/LASG OCEANIC GCM TO DIFFERENT EXTERNAL FORCING

1 .　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅａｎｎｕａｌｍｅａｎｃｌｉｍａｔｏｌｏｇｙ ,ｓｅａｓｏｎａｌｃｙｃｌｅａｎｄｉｎｔｅｒａｎｎｕａｌｖａｒｉｅｔｉｅｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｓｅａｓｕｒｆａｃｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ (ＳＳＴ)ａｎｄｕｐｐｅｒ ｏｃｅａｎｈｅａｔｃｏｎｔｅｎｔａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｉｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｉｎＬ30Ｔ63,ｔｈｅｔｈｉｒｄｇｅｎ ｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｃｅａｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｌｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ(ＧＣＭ )ｄｅｖｅｌｏｐｅｄｉｎｔｈｅＳｔａｔ…     

梅州市冬季降水异常的环流对比分析

利用1960—2016年逐年冬季的NCEP再分析资料资料,以及国家气候中心公布的气候指数资料对梅州冬季降水异常事件进行分析。结果表明:梅州冬季降水与同期500 hPa高度场、850 hPa风场及海温场的特征存在显著的相关。冬季降水异常偏多年,500 hPa位势高度上,乌拉尔山高压脊偏强,北亚高纬度地区纬向环流显著,副高强度偏强,高原槽活跃,低纬度存在较大的位势高度正距平,中低纬的南支西风气流风速较大,南支西风带低槽活跃,锋区降水偏多。850 hPa风场上,菲律宾上空为距平反气旋环流,有利于低纬的暖湿气流从南海北部输送至华南上空。海温场上,赤道中东太平洋海域为大范围的正值区,是典型的El Nino型。冬季降水异常偏少年则反之。     

An ocean circulation model based on Eulerian forward-backward difference scheme and three-dimensional,primitive equations and its application in regional simulations简

A two-time-level, three-dimensional numerical ocean circulation model is established with a two-level, single-step Eulerian time-difference scheme. The mathematical model of the large-scale oceanic motions is based on the terrain-following coo-rdinated, Boussinesq, Reynolds-averaged primitive equations of ocean dynamics. A simple but very practical Eulerian forward-back-ward method is adopted to replace the most preferred leapfrog scheme as the time-difference method for both barotropic and barocli-nic modes. The forward-backward method is of the second order of accuracy, requires only once of the function evaluation per time step, and is free of the computational mode inherent in the three-level schemes. It is superior in many respects to the original leapfrog and Asselin-filtered leapfrog schemes in the practical use. The performance of the newly-built circulation model is tested by simula-ting a barotropic （tides in marginal seas of China） and a baroclinic phenomenon （seasonal evolution of the Yellow Sea Cold Water Mass）, respectively. The three-year time histories of four prognostic variables obtained by the POM model and the two-time-level model are compared in a regional simulation experiment for the northwest Pacific to further show the reliability of the two-level scheme circulation model.