碟形越浪式波能发电装置的三维数值模拟

基于计算流体力学软件的三维数值模拟技术,分析了碟形越浪式波能发电装置的越浪性能,通过构建基于水气两相VOF(Volume of Fluid)模型的三维数值波浪水槽对该装置进行三维数值模拟研究,数值计算结果与物理试验结果相互对比验证较为吻合,验证了所构建的三维数值波浪水槽的可靠性,通过考察装置的坡度、导流叶片个数、干舷高度对越浪性能的影响确定装置的最优结构参数。结果表明,在装置的斜坡面边缘增加回流板可减少波浪的反射,提高装置的越浪性能。在数值模拟中将装置的斜坡面边缘处安装回流板对碟形越浪式波能发电装置参数进行优化,通过分析回流板的长度对装置越浪性能的影响来探索最优回流板长度。     

前墙结构对OWC气室捕能效果影响的数值研究

基于不可压缩黏性流体理论和VOF(Volume of Fluid)方法建立了二维数值波浪水槽模型,将模拟波形与波浪理论值进行对比,分析了模型可靠性,并利用该模型研究了5种不同前墙结构OWC气室在不同波高、周期时的出气口速度和气室内空气压强。基于模拟结果,从波能-动能转换效率和气室内空气压强角度分析了前墙结构对OWC气室的捕能效果的影响。结果表明:对于传统的直立型OWC气室,采用合适的前墙结构可有效提高OWC气室的捕能效果;相比三角截面(20D型,30D型)和矩形(Y型)截面前墙,采用椭圆截面(20TY型,30TY型)的前墙结构的捕能效果更优,且在周期较大(1.6和1.8 s)时其作用更显著,其波能-动能转换率相对Y型前墙结构气室平均提升37%;5种前墙结构不同的气室中,20TY型和30TY型前墙结构气室的捕能效果最优。     

一种利用浮标站资料改进海浪模式有效波高预报的方法

基于浮标站海浪历史数据,利用回归分析方法建立了海浪数值模式有效波高预报产品的一元二次回归方程订正统计模型。通过2017年7月1日-2018年10月10日期间业务试运行结果发现:订正方程能有效改善有效波高数值预报产品的预报精度,且预报时效越短订正效果越显著。其中,第6~11 h预报时效内的订正前后平均绝对误差值减小0.17~0. 241 m,第6~18 h预报时效内订正前后均方根误差减小幅度为0.103~0. 28 m。这说明应用订正统计模型对海浪模式输出产品进行订正,也是改进海浪模式预报准确率的一种有效途径。     

“温比亚”台风登陆前后大暴雨特征及成因分析

利用中尺度自动站加密资料、雷达和卫星资料以及NCEP全球分析资料,诊断分析1818号台风"温比亚"登陆前后大暴雨特征及其成因。结果表明:(1)台风登陆前后,降水具有时间集中、局地性强、雨强大等中尺度降水特征,强降水集中在距台风中心100 km以内的台风前进方向的左前部和后部,主要由两个移动性雨团和1个相对少动雨团产生,距台风中心25～50 km的降水量中心小时降水量普遍较大;(2)杭州湾区域地面辐合一方面加强了低空水汽辐合,另一方面促进了上升运动的发展和维持,使得中尺度对流雨团在宁波东北部至舟山一带发展加强,同时引导气流偏弱和地形作用导致台风在舟山附近移速减慢,延长了影响时间,造成了杭州湾附近区域的大暴雨;(3)地面辐合的增强和减弱对应于其后1 h降水的增大和减小;水汽通量散度的减小、增大与降水的增大、减小有较好的对应关系,水汽通量散度在-16×10~(-5)g/(cm~2·hPa·s)以下的时段降水较强;垂直螺旋度大值中心所对应区域未来6 h有强降水,垂直螺旋度的减小对应于该区域其后6 h降水的减弱。     

海洋渔业志愿船观测数据可用性评估

以船测数据、浮标数据和岸基观测站数据应用为基础,对海洋渔业志愿船的观测数据进行质量评估和可用性评估。结果表明:经过质量控制后的观测数据在近海精细化预报的初始场构建和预报同化应用中,具有高可用性。     

黄渤海下垫面对爆发性气旋影响的数值模拟分析

利用天津WRF中尺度数值预报业务模式,对2013年11月24—25日一次爆发性气旋过程进行数值模拟,模拟方案分别为:控制实验(ctrl)、将整体黄渤海下垫面变为陆地实验(land)、将122°E以西的渤海海洋下垫面变为陆地实验(land-122)、将122°E以东到黄海中部的海洋下垫面变为陆地实验(land+122)。结果表明:将黄渤海海域全部转换成陆地后,气旋中心海平面气压场最大值升高5 hPa。10 m风场减弱最大值出现在气旋中心,可达19 m/s,下垫面对气旋的影响主要在强度和风力大小的变化。黄海海域风力减小普遍超过10 m/s。将122°E西部的渤海转换成陆地后,渤海海域风速最大值减小了12 m/s。黄海海域的气旋中心部分风力有微弱变化,气旋中心风力稍有增大,最大增加了4 m/s。将122°E东部的黄海转换成陆地后,海平面气压场的变化与land实验接近,10 m风场在黄海南部风力略高于land实验。     

不同DEM数据源的艾比湖流域仿真水系对比

针对干旱半干旱地区内陆河流域在仿真水系模拟方面研究较少和数据适用性的问题,该文提出利用SRTM3-DEM和ASTER-GDEM两种数据源对艾比湖流域进行仿真水系模拟和精度对比的研究。采用ArcGIS Hydrology模型分别对两种DEM进行水系模拟,通过多次设置参数和阈值,实现了不同水平分辨率和不同阈值河网水系的对比分析;然后利用Google Map河流数据和实测水系数据进行精度验证,同时采用"套河差"算法研究水系的差异。结果表明:SRTM3-DEM模拟的河网水系与实际水系更接近,吻合精度较高;DEM的坡度和水平分辨率对模拟水系的影响不大,但DEM的垂直精度对模拟水系的吻合精度起控制作用。本研究为艾比湖流域在水文方面的研究提供了一定的参照和依据。     

影响云南高原地区的南海西行台风水汽输送特征

南海西行台风是云南高原地区重要的降水天气系统之一,研究其水汽输送特征为本地降水预报和分析研究提供了前期基础。本文利用2010-2019年10年的南海西行台风样本资料和NCEP再分析数据,研究了影响云南高原地区的南海西行台风水汽输送特征。结果表明：（1）西行登陆台风向云南水汽输送路径主要是东、南、北方三个方向,东侧面水汽输入最大,北侧面水汽输入最小,这两个方向的水汽来源自南海,南侧面水汽输入较东侧面小、比北侧面大,水汽来源自南海和孟加拉湾;（2）东面和南面是两个水汽输入主要方向,北部湾登陆西行台风对云南的影响大于海南岛以东登陆的西行台风;（3）海南岛以东登陆的西行台风东侧面水汽输入大值中心比其他类型台风偏北,南侧面水汽输入分布东西部区域各存在一个相对的大值中心;（4）东侧面北部湾登陆西行台风水汽输入登陆前后6 h达到最大,海南岛以东登陆西行台风稍有滞后,登陆后6～12 h达到最大;（5）南侧面东部区域登陆西行台风水汽输入峰值出现在登陆后12～24 h,南侧面西部区域登陆西行台风水汽输入情况比较复杂,受孟加拉湾与南海两支水汽输送叠加影响。     

琼州海峡两次高压后部型海雾的对比分析和数值模拟

利用中尺度数值模式WRF和NCEP分析资料,对2018年2月17-20日和2019年2月4-6日春节期间发生在琼州海峡的两次持续性海雾过程进行数值模拟,结合中国气象局陆面数据同化系统的能见度格点数据、卫星、自动站等观测资料,对两次海雾天气的天气背景、发展演变过程、水汽条件、动力条件和云—雾辐射作用进行比较研究。结果表明：两次海雾过程均发生在入海变性冷高压后部,2018年海雾过程为偏东方向的水汽输送,低层湿层深厚,不断增长的湿度和强烈的水汽辐合使得平流雾持续时间超过10 h,最低能见度达100 m。同时海雾发展期间伴随云雾共存现象,中层云区的存在白天可减小地面接收的短波辐射,减弱增温效应,夜间起到保温作用,近地面较低的温度和逆温层稳定维持,对海雾的长时间发展和维持起到促进作用;2019年海雾过程东南方向的水汽输送偏弱,湿层浅薄,海雾由陆地发展延伸而来,发展面积小,日出后很快消散。     

基于对流尺度集合模拟的长江中下游暖区对流过程的可预报性研究

弱天气尺度强迫背景下的暖区暴雨发生发展机制复杂且难以准确预报。为深入探讨长江中下游暖区对流过程的实际和内在可预报性,本文通过同化模式模拟的探空、雷达等仿真资料的集合资料同化,构建了基于WRF-EnSRF的对流尺度集合预报系统,针对2013年7月21日一次典型暖区对流过程进行了初值扰动集合试验。试验结果表明,不同成员降水预报的发生时间和落区存在两个有显著差异的分岔时段,其一在对流触发阶段,源于扰动风场与地形的相互作用;其二在发展阶段,源于初值扰动导致对流系统强度出现差异,对流强（弱）,冷池出流强（弱）,导致降水落区偏南（北）。进一步的可预报性定量分析可见,由于初值的扰动,在分岔时段,模式的实际可预报性受到严重限制,表现为集合成员降水场的差异和扰动的偏差能量均快速增大。同时,在减小扰动振幅的“等同孪生子”对比试验中,扰动偏差能量随时间变化的曲线在对流触发阶段表现出的非线性特征表明,内在可预报性在这一分岔时段也显著受限。由以上结果可进一步得出结论：由于初值扰动导致分岔时段模式的实际可预报性受限时,准确的初值可有效改进预报效果。而当系统受到由混沌非线性动力学所导致的内在可预报性限制时,改善初值...