覆冰粗糙度对翼型气动特性影响的数值研究

寒冷地区风力发电机运行时叶片极易结冰,结冰改变了叶片形貌,从而影响了叶片的气动性能。为更好地研究分析风力机结冰叶片翼型表面覆冰粗糙度对其气动性能的影响规律,采用计算流体力学方法,对比研究了对称型(NACA-0012)及非对称型(NACA-23012)两种翼型在相同结冰条件和不同覆冰粗糙度参数下的气动特性。结果表明, NACA0012及NACA23012两种翼型前缘生成霜冰时,覆冰粗糙度对两种结冰翼型气动性能均有显著影响;当两种翼型前缘生成角状冰时,NACA23012结冰翼型气动性能受不同覆冰粗糙度的影响较小,仅仅增加翼型后缘分离涡宽度,对NACA0012结冰翼型影响较大,使其失速攻角延迟。此外,当翼型前缘生成霜冰时, NACA23012霜冰翼型阻力系数增长速度高于NACA0012结冰翼型。     

2000-2013年西藏纳木错湖冰变化及其影响因素

湖冰物候事件是气候变化的敏感指示器。本文以西藏纳木错湖为研究对象,基于MODIS多光谱反射率产品数据监测了2000-2013年纳木错湖冰冻融日期,并结合多个气象站点的气象数据和实测湖面温度、湖面辐射亮温分析验证了湖冰变化的原因。纳木错湖冰变化较好地响应了区域气候变暖：开始冻结日期延迟和完全消融日期提前使湖冰存在期显著缩短(2.8 d/a)、湖冰冻结期增长、湖冰消融期缩短,其中消融期变化最为明显,平均每年缩短3.1 d。湖冰冻融日期的变化表明：2000年后纳木错湖冰冻结困难,消融加速,稳定性减弱。纳木错湖冰变化主要受湖面温度、湖面辐射亮温和气温变化的影响,它们可以作为气象因子来解释区域气候变化。     

高空基本天气系统类别自动识别与沙尘暴系统识别试验

针对大气环流形势,从天气系统的定义出发,面向气象业务MICAPS格点文件数据格式,在矢量旋转追踪法等值线分析的基础上,有序提取等值线的控制点。经过滤波、查找各等值线特性点、剔除异常点等处理,获取沙尘暴高空影响天气系统的基本节点。利用多种特征参量设计了方便可行的算法,完成了槽脊系统的数据构建、分析并确定其地理位置。通过对数据场数值结构分析,建立了确定闭合天气系统位置及其高、低性质的算法。使用Visual Basic语言,开发了相应的沙尘暴高空基本影响天气系统类别自动分析软件,为实现概念模型自动预报系统、提高沙尘暴业务预报现代化水平打下了基础。     

2000-2016年青海湖湖冰物候特征变化

湖冰物候特征是气候变化的灵敏指示器。基于2000-2016年青海湖边界矢量数据,结合Terra MODIS和Landsat TM/ETM+遥感影像及气象数据,利用RS和GIS技术综合分析青海湖湖冰物候特征变化及其对气候变化的响应。结果表明：① 青海湖开始冻结、完全冻结、开始消融和完全消融的时间分别为12月中旬、1月上旬、3月中下旬和3月下旬至4月上旬,平均封冻期和平均完全封冻期为88 d和77 d,平均湖冰存在期和平均消融期为108 d和10 d。② 近16年间青海湖湖冰物候特征各时间节点变化呈现较大的差异性。湖泊开始冻结日期相对变化较小,完全冻结日期呈先提前后推迟的波动趋势,开始消融日期呈先推迟后提前的波动趋势,完全消融日期在2012-2016年呈明显提前趋势。青海湖封冻期在2000-2005年和2010-2016年呈缩短趋势,但减少速率慢于青藏高原腹地的湖泊。③ 青海湖冻结和消融的空间模式相同,即湖冰形成较早的区域则消融较早,且前者持续时间（18~31 d）整体上大于后者（7~20 d）,二者相差约10 d。④ 冬半年负积温大小是影响青海湖封冻期的关键要素,但风速和降水对青海湖湖冰的形成和消融亦发挥着重要作用。     

极地冰雪探测冰雷达技术发展回顾与展望

冰雷达是用于极地冰雪探测的主要技术手段,为研究极地冰雪的几何特征、内部结构、冰下地形地貌和冰底环境提供了重要的基础观测数据。20世纪50年代,人类首次发现特定频段的电磁波可以“穿透”南极冰盖,进而在60年代研制出用于极地冰盖冰下探测的冰雷达系统。之后60多年里,随着计算机、电子信息和卫星定位导航等技术的发展,冰雷达技术研究取得快速发展,形成了适用于极地冰盖、海冰及其上覆积雪不同探测需求的多样化冰雷达系统。本文在简要回顾了早期冰雷达技术发展的基础上,着重从极地冰盖深部探测、极地冰盖和海冰浅表层探测以及新型极地冰雪探测冰雷达技术3个方面,回顾总结了近10年来国内外主要进展。未来,为适应极地冰盖、海冰及其上覆积雪观测研究的多种需求,需要进一步提升冰雷达系统性能(探测深度、跨轨迹向分辨率、垂向分辨率等),并且研制满足新型平台(无人机、卫星等)搭载需求的小型、低功耗冰雷达系统,以及发展多通道、多频、多极化集同观测模式的综合冰雷达技术。     

极地冰区拖曳作业探索与实践

极地海域作为海洋中极具战略地位和影响力的关键地区之一,越来越受国内外科学研究的关注。拖曳作业是开展海洋调查的重要手段之一,但在极地冰区开展拖曳作业往往受天气、海冰、调查装备类型等因素的影响,此外还面临各种突发问题,可能影响考察任务的顺利实施。我国极地考察在开展冰区拖曳作业中经历了从冰区边缘试探到密集浮冰区实践,从结构简单的拖网采样到系统复杂的地球物理综合调查,通过不断的探索试验,积累了丰富的极地冰区考察实践经验。本文总结了我国在极地冰区开展拖曳作业中遇到的主要风险,开展了深入的分析与探讨,同时对比和借鉴国外的相关考察作业经验,并针对性地提出改进措施和建议,以期为今后在极地冰区开展相关调查作业提供参考和借鉴。     

近10年来可可西里地区主要湖泊冰情时空变化

基于2000-2011年可可西里地区湖泊边界矢量数据、MODIS和Landsat TM/ETM+遥感影像和气象数据等资料,利用RS和GIS技术综合分析该地区主要湖泊冰情变化特征及其影响因素。结果表明：① 可可西里地区湖泊开始结冰和完全结冰出现在每年的10月下旬至11月上旬和11月中旬至12月上旬,湖泊由开始冻结至完全冻结持续时间约半个月;湖冰开始消融和完全消融时间较为分散,主要出现在每年的4月下旬至6月初和5月初至6月上旬,湖泊完全封冻期和封冻期为181 d和196 d。② 2000-2011年间,可可西里地区湖冰物候特征发生了显著变化,湖泊开始冻结和完全冻结时间推迟,湖冰开始消融和完全消融时间提前,湖泊完全封冻期和封冻期持续时间普遍缩短,平均变化速率分别为-2.21 d/a和-1.91 d/a。③ 湖冰物候特征及湖泊冰情演变是区域气候变化和湖泊自身条件共同作用的结果,其中气温、湖泊面积、湖水矿化度和湖泊形态是影响湖冰物候特征的主要因素,而湖泊热储量、地质构造等因素对湖冰演化的作用亦不可忽视。④ 可可西里地区湖泊冻结空间模式与消融过程相反,以湖冰由湖泊一岸扩展到另一岸的湖泊数量居多。     

应用AMSR-E 89GHz遥感数据反演北极多年冰密集度

被动微波辐射计AMSR-E在89GHz频段的空间分辨率几乎是其它低频段的2倍。到目前为止,已经有成熟的算法采用AMSR-E 89GHz频段的数据来反演整体海冰的密集度,而本文根据89GHz频段亮温数据针对一年冰、多年冰以及无冰水面的不同特性,提出了一种反演多年冰密集度的方法(AC)。计算了2007年北极的整体海冰和多年冰密集度,并与NASA TEAM算法(NT)的结果作了比较。对于整体海冰密集度,两种算法反演的结果基本一致。从日平均上来看,AC算法得到的整体海冰覆盖面积只比NT算法多25万km2。但是对于多年冰的反演结果,AC算法得到的结果比NT的结果要多出146万km2,冬季差别尤其大。造成这种差别的原因可能是AC算法对于北极表面气温的变化比较敏感。另外,AC算法计算得到2007年最大海冰覆盖面积为1400万km2,最小海冰覆盖面积为400万km2,这与其它研究结果一致。     

2008广西罕见凝冻灾害成因分析

普查分析广西1961-2007年雨凇、降雪、道路结冰、电线积冰等气象灾害记录,利用T213、ECMWF数值预报资料和MICAPS提供的常规气象观测资料,对2008年1月12日至2月5日广西长低温雨雪冰冻(简称凝冻,下同)灾害天气事件成因进行分析,表明造成这次长时间低温雨雪冰冻天气的主要原因有:(1)北半球东亚倒Q流型使大气环流长时间稳定,有利冷空气不断补充南下,影响江南、华南;(2)南支槽活动频繁,西南暖湿气流持续向中国南方输送,冷暖空气在华南上空交汇,导致广西出现长时间降水;(3)逆温层深厚,长时间的降水普遍以小雨为主,容易形成过冷水滴,雨淞范围从贵州、湖南南扩至广西北部,造成严重灾情.     

南极中山站附近海域固定冰的夏季变化

利用中国第21、22次南极科学考察(2004/2005、2005/2006)对中山站附近海域固定冰物理特性系统观测的结果,特别是依据其中2005年11月下旬至2006年1月下旬的现场实测数据详细分析了中山站附近海域固定冰消融过程物理性质的变化特征。结果表明:此区域固定冰从11月下旬开始消融,融冰期为62 d;同时,融冰期冰下水体温度迅速升高;在不断增强的太阳短波辐射和海洋热通量作用下,海冰温度也逐渐上升,并出现"相对冷中间层";热力和动力外强迫作用下,2005年12月18日-2006年1月14日期间此区域固定冰边缘线后退了20.9 km;另外,2005年12月18日固定冰边缘区走航冰厚监测结果还表明,边缘区海冰厚度在向岸方向有明显的增加趋势,并且随着接近海岸海冰厚度的离散程度逐渐减小。     

澜沧江流域云南段土地覆盖状况及其模式分类

基于澜沧江流域运动段土地覆盖状况的基础数据库,结合现有ＧＩＳ图形空间数据,通过集成处理,就澜沧江流域综合开发中,有关云南段土地覆盖状况及其模式分类展开研究。初步研究结果为：１、研究区土地覆盖状况随流域沿线空间延伸而变化,不同覆盖类型变化态势各具特点,但多与当地自然、社会、经济整体发展水平密切联系;２．基于土地覆盖中主要土地覆盖类型比例值的累计,设定适当阈值,将流域土地覆盖划分为５种类型即林地覆盖型     

2003年与1999年楚科奇海海冰的差异及其发生原因

我国在1999年和2003年进行了两次北极考察,这两年海冰的冰情差别很大,分别对应冰情较重和较轻的年份。本文利用卫星遥感资料对1999年和2003年的海冰分布状况及其差异进行了全面的分析,并利用气温和风场资料深入研究形成这种差异的动力学原因。结果表明, 2003年的海冰冰情与1999年相比要轻很多,海冰面积在春季融冰季节和秋季冻结季节显著减小。2003年春季,来自白令海的海水提早半个月进入楚科奇海,导致海冰大范围融化。但是,到了夏季,海冰的面积减少过程停滞下来。而秋季楚科奇海封冻过程比1999年晚半个月。以上这些特征形成了2003年与1999年海冰的显著差异。研究结果表明, 2003年春季和秋季的气温比1999年要明显增高,最大月平均温差接近18°C,显著的高温为海冰融化的加剧和冻结的推迟提供了热量。直接影响海冰分布的是海面风场,两年风场的差异产生了来自白令海的太平洋入流的差异,对春季海冰融化的提前、夏季入流的减弱和秋季冻结过程的推迟起到关键的作用。季节性气象要素的年际差异可以归因于整个北极的AO系统变化, 2003年AO指数是正值, 1999年为负值,成为楚科奇海局地海冰变化的气候背景。     

东西伯利亚海海冰季节变化特征及主要影响因素分析

利用1997-2005年美国国家冰雪中心提供的卫星遥感数据,对东西伯利亚海海冰周年变化特征及其动力和热力学机制进行详细分析,以1999年海冰状况为例讨论了该海域海冰的周年变化。按照海冰变化的区域特征和融化机制差异,将全年的海冰变化过程分为密集冰封期、陆坡开裂期、西部融化期、全面融化期和秋季结冰期。不同年份各个阶段发生的具体日期不尽相同,海冰覆盖面积最小值及其发生时间有所差异,但是,各年海冰变化的5个阶段都清晰可辨。海冰融化时间持续3个月,冻结时间仅为1个半月左右。每年5月份东西伯利亚海陆坡处海冰发生开裂,主要是该时期风场辐散的作用。1999年,除5月份以外的其他月份,东西伯利亚海海表面风场是辐聚风场,不利于海冰融化和开阔水域面积的扩大。东西伯利亚海海冰融化的决定性因素是陆地径流,因迪吉尔卡河、科雷马河、亚纳河和勒拿河四条河流在海冰融化过程中发挥主要作用。海冰覆盖面积最小值出现的时间一般是9月下旬,整个海域的沿岸带海冰全部消失,形成大范围的开阔水。夏季北半球气温的升高和太阳辐射的加热作用,为海冰融化提供持续的热量。     

MODIS海冰数据监测中山站附近海冰的季节性变化

本文利用中分辨率成像光谱仪(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,即MODIS)的海冰数据,监测中山站附近区域海冰的季节性(尤其是夏季)的消融与冻结情况及海冰表面温度的变化。文中先对MODIS的海冰数据进行影像分层、数据合成,分时间段计算海冰范围,然后提取海冰表面温度信息,最后对获取的数据进行分析。研究结果表明,中山站附近区域在每年10月至翌年2月中上旬为海冰消融期;2月中下旬至4月为海冰冻结非密封期;5月至9月为海冰冻结密封期。海冰范围2月份最小;海冰表面温度1月份最低,8月份最高。     

NIGHT-FROST MODULATION OF NEAR-SURFACE SOIL-WATER ION CONCENTRATION AND THERMAL FIELDS

The modulation of the soil-water ion concentration and thermal fields resulting from night frost is illustrated with data from temperature-electric potential probes in the upper 15 cm of a sandy loam soil. The relative soil-water ion concentration, calculated from soil electric potential observations, aids in the detection of these modulation effects produced by non-conductive heat-mass transfer processes. The apparent thermal diffusivity, calculated from soil-temperature data, further facilitates the detection and analysis of these non-conductive processes. This new technology demonstrates the distorting effects of soil-water advection to the freezing zone, “ice purification” of soil water in the freezing zone and other coupled mass-heat transport effects produced by night frost. The conversion of electric potential observations to a relative index of soil-water ion concentration and the calculation of the apparent thermal diffusivity from the temperature data matrix are demonstrated as effective methods for the detection and analysis of the magnitude and direction of coupled-flow processes. [Key words: electric potential, frost, soil chemistry, soil temperature, thermal diffusivity.]     

南极海冰、冰穴和冰川冰及其对水团形成和变性的作用

本文利用前人的成果及笔者1992/1993年的南极海冰观测和收集的资料以及水文观测资料数据阐述了南极海冰的特性,特别是南极海冰过程、冰穴以及冰川冰对南极水团(南极表层水、南极底层水、南极陆架水、南极中层水以及南极冰架水)的形成和变性所起的特殊作用。 南极海冰覆盖面积的年际变化,夏季最大年份是最小年份的2倍多,冬季年间变化较小,最大仅为20％;但其季节变化非常大,冬季平均覆盖面积通常是夏季的5倍。南极海冰对大气-海洋间相互作用有重大影响,特别是深海洋区中冬季的结冰和发育造成的垂向对流、夏季的融化是形成南极表层水(含南极冬季水和南极夏季表层水),进而形成南极中层水的主要原因;南极陆架区的的海冰兴衰过程是形成南极陆架水的直接原因,它与变性南极绕极深层水混合并受到冰川冰的进一步冷却作用,成为形成南极底层水的主要水团;南极冰架底部的冷却、融化和冰架以下水体的结冰作用形成的高盐对流过程产生的南极冰架水,亦是形成南极底层水的贡献者。 冰穴是70年代以来卫星观测的重大发现。对其形成和对大气、海洋的影响作用尚不完全清楚,初步的研究成果表明,冰穴中产生的热盐对流对南极水团的形成、变性、大洋深层的翻转以及海洋-大气间的热量传输和气体交换起有非常重要的作用。     

利用NOAA-AVHRR数据进行积雪监测与制图的方法研究

本文在总结分析国内外现有方法的基础上,并根据大量的实验研究,介绍了利用NOAA－AVHRR遥感数据进行积雪监测和流域雪盖制图的方法。文章侧重介绍了AVHRR数据在积雪制图应用中的数据处理方法。也较为详细地介绍了利用遥感数据和地形数据的复合进行积雪信息提取的方法。研究表明：在地形相对复杂的地区使用AVHRR数据进行积雪监测和制图,采用监督分类的方法可获得较为理想的分类结果。利用GIS的空间分析方法,实现遥感和地形数据的复合分是积雪遥感制图高效和实用的方法之一。     

西双版纳林地景观演变过程及其驱动力分析

利用西双版纳州1980年、1995年和2000年三期TM影像解译土地利用数据,使用GIS分析工具,得出近20年来,各土地覆被类型的动态变化信息,借助景观格局变化分析软件Fragstats进一步研究了西双版纳州林地的景观格局特征。结合云南省1985—2003年分县社会经济调查统计数据,使用SPSS进行主成分分析,对林地景观变化的主驱动力进行了详细分析。研究表明1980～2000年西双版纳州各土地利用类型及景观格局指数均发生了重要变化。有林地和疏林地大幅度减少,同时各林地景观组分表现均匀化和破碎化的趋势,这些变化都将对西双版纳州的生态稳定性产生显著影响。从西双版纳州20年的短时间尺度来看,经济发展与城市化进程的加快和人口增长导致的粮食需求量增大是导致本区土地利用／土地覆被变化的最主要驱动因子。     

极区电离层TEC监测和发布系统

极区是研究各种高空大气物理现象和日地关系的理想场所,通过GPS获取的电离层TEC信息具有高精度、全天候、大范围等优势,所以利用GPS研究极区电离层有重要意义。本文所设计的极区电离层信息监测和发布系统,包含数据回传、数据处理、数据发布三个部分。数据回传包括卫星网络回传和格式转换。数据处理是利用每天回传的GPS双频数据,解算单站VTEC,解决了硬件延迟的求解问题,并用二次建模获得测站上空的VTEC,计算结果表明该方法能较好地给出电离层TEC的大小及变化规律。数据发布是通过中国极地科学考察管理信息系统提供实时的查询服务。     

红河州区域气象观测站监测预警系统设计与开发

利用云南省红河州所建设的各市县区域气象观测站探测到的降雨、温度、风速、风向等气象要素,结合各气象要素相应的预警标准,根据红河州气象防灾、减灾工作的需要,应用计算机技术与Windows资源研制、开发成智能化气象监测预警软件系统。系统基于WEB方式运行,适宜社会各界使用,且监测预警及时、准确。