江苏沿海台风浪数值模拟

构建CCMP再分析风场与Holland经验台风风场的叠加风场作为海浪的驱动风场,建立SWAN自嵌套模型对影响江苏沿海的典型台风"梅花"引起的台风浪过程进行模拟。在得出风场叠加方式的基础上,设计3种订正系数方案及3种权重系数方案共9种风场构建方案,分别对东中国海进行台风浪模拟并结合Jason-1卫星高度计观测的有效波高数据进行比较分析,实验结果显示各方案有效波高的相对误差最大可相差3%。选取最佳方案的模拟结果为嵌套区域提供波谱边界条件,对嵌套区域的模拟结果表明:模拟值与浮标实测资料吻合较好;台风经过江苏沿海期间,近岸海域最大波高可达5~6 m,中北部海域波浪以涌浪为主,而南部海域则以风浪为主。     

近岸植被对台风浪传播影响的数值模拟分析

以广东湛江红树林海岸为研究区域,使用Holland台风模型,选择具有代表性的201213号台风启德为天气背景,基于SWAN模式采用三重嵌套方法模拟了近岸台风浪的传播运动,在模型验证的基础上,进一步在湛江沿岸布置植被,建立了近岸植被水域台风浪传播运动的数值模型,并分析了近岸植被对台风浪传播变形的影响。结果表明,台风浪在近岸植被区传播时,随着植被区宽度、植被高度和植被密度的增加,台风浪传播中的波高衰减增大,植被对台风浪的衰减作用愈剧烈。     

台兰河流域地下水系统数值模拟

地下水数值模拟是地下水在多孔介质中分布过程机理的模拟,以流域水量均衡为基础,应用ArcView GIS与FEFLOW专业地下水模拟软件,根据研究区水文地质勘探资料、抽水试验及地下水水位长期观测资料,建立了内陆河流域二维地下水运动模拟模型。采用Kringing、Aki-ma插值方法和Galerkin有限元三角形网格剖分技术,求解模型,模拟了台兰河流域地下水运动特征。从模拟结果可以看出,所建立的水文地质概念模型和数学模型是正确的,选取的水文地质参数和计算的源汇项基本合理,模拟结果与实测数值比较吻合,符合台兰河流域地下水的实际情况,能够进行该区域地下水的动态预报,可为研究区水资源的合理开发提供科学依据和技术指导。     

不同天气系统影响下广东省酸雨特征对比分析 ——气象场数值模拟

运用WRF模式对3种不同天气系统(冷锋,低压槽以及台风)造成的广东省酸雨个例进行数值模拟,结合实际测站资料对酸雨分布特征及影响酸雨过程的风场、湿度场以及温度场进行分析.结果表明个例中酸雨主要分布在珠江三角洲区域以及重工业区韶关.不同天气系统影响下的降水酸度略有不同,台风个例降水pH值最高(5.81),其后依次为低压槽降水(5.60)及冷锋降水(5.40). 冷锋降水个例中酸雨的分布及变化主要受风速,风向,相对湿度及逆温的影响,低压槽和台风降水个例中的酸雨分布及变化主要受降水量和风速的影响.风速和降水量的增加有利于缓解降水的酸度,而逆温层的存在及不同风向的辐合作用有利于降水酸度的增加.     

被动采样监测珠江三角洲NOx、SO2和O3的空间分布特征

为获得珠江三角洲区域污染特征,采用被动扩散采样技术,在珠江三角洲200 km×200 km网格区域内测量11月两周暴露的NO2、SO2和O3浓度水平,采用克里格空间插值法(Kriging)获取NOx、SO2和O3的空间分布特征,并与源清单和已有模型结果比对.采用反向轨迹方法模拟了O3的输送途径.结果表明,采样期间珠江三...     

北部湾水文气象极值参数研究

本文基于WRF海面风场动力模式、SWAN海浪模式和ECOM三维海流数值模式,计算了1992~2011年的热带气旋影响下,发现了波高极值与增水极值发生时刻的不一致性这一规律。北部湾百年一遇极值波浪、风速、海流和增水的特征值:百年一遇极值波高在北部湾南部最大,超过10.5 m,向北减小;极值周期的分布特征与极值波高相似,在北部湾南部最大,达到11.5 s,向北减小;百年一遇风速,在北部湾北部和南部有两个大值区,可以达到39 m/s,中西部相对较小;百年一遇极值流速,在北部湾四周较大,而东边较西边更大,海南岛的东方市附近超过了300 cm/s;百年一遇极值增水普遍超过160 cm,北部可以达到340 cm,呈现由北向南的递减特征。     

防沙堤风场特征数值模拟

基于FLUENT软件,采用标准湍流模型对防沙堤风场特征进行了数值模拟,研究了防沙堤迎风面和背风面设计方式对风场的影响。结果表明,防沙堤风场主要受迎风面坡度控制,坡度越陡对风速的衰减效果越好;对于固定形式的防沙堤,风场结构特征与风速无关,对不同风速的衰减比率是一定的。     

台风“凤凰(Fung-wong)”对泉州湾重金属分布的影响

利用等离子质谱仪(ICP-MS)测定了台风"凤凰(Fung-wong)"登陆后泉州湾6个13h连续站悬浮颗粒物及1个13h连续站(Q4站)表层沉积物的样品中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Pb和Cd等元素的含量.表层沉积物中其平均含量分别为60.4、50.3、26.5、101.7、3.36、40.0和0.180μg/g;悬浮颗粒物中其平均含量分别在1.108～7.408、0.476～3.394、0.809～5.046、3.190～19.337、0.087～0.595、2.621～10.073μg/L和4.160～50.828ng/L之间,从内湾向外湾逐渐降低.与平静海况下相同站位和潮时中相同元素含量及分布进行对比,结果显示台风过境后在1个潮周期内的样品中重金属含量和分布特征较正常海况下均有显著变化:Q4站表层沉积物中除Ni元素显著增加外,其他元素含量明显降低,分布特征与正常海况下类似,但变化幅度增加;悬浮颗粒物中重金属含量增加,其分布特征与正常海况下的有显著差异,因地理位置而异.台风期间的强动力过程导致的重金属"二次污染",以及伴随的强降雨增加了入海物质量及其扩散范围是影响重金属含量和分布的直接原因.本研究结果将为泉州湾重金属污染的准确评价和科学治理提供依据,为评估台风对重金属污染的综合影响提供直接佐证.     

台风“圆规”过境前后长江河口营养盐及叶绿素活性荧光的变化

根据台风"圆规"过境长江河口前后24个大面站位的现场调查,分析了各站位台风前后N、P、Si等营养盐浓度与叶绿素活性荧光值变化。结果表明:在台风"圆规"带来的大量降水及其引起的水体水平输运和垂直混合作用下,长江河口的温、盐结构与营养盐分布出现了改变。所选断面的温跃层与盐跃层位置在台风过后变深,层结强度减弱。DIN和SiO3-Si浓度整体增加明显,PO4-P由于在近岸水域中底层被吸附较多,导致其浓度在近岸有所降低,但在靠外的水域浓度出现增加。"圆规"过后长江河口DIN、PO4-P与SiO3-Si分别增加了3.87×109mol、0.13×109mol与4.70×109mol。同时,河口叶绿素活性荧光的最大荧光强度值变大,次表层叶绿素最大浓度带位置加深,层厚度增大。上述研究表明台风过境对长江河口营养盐的输送通量及生物生产有显著的影响。     

福建土楼夯土墙风驱雨侵蚀损伤预测研究

世界文化遗产福建土楼地处中国东南沿海,年降雨高达1 600 mm,频繁遭受台风和极端天气袭击,每当台风登陆时,狂风挟着暴雨常常侵蚀危害着土楼建筑,风驱雨冲击侵蚀土楼夯土墙已成为土楼建筑的主要损坏形式。论文通过分析风驱雨作用下雨滴的运动形式及降雨特征,采用CFD数值模拟及风洞试验的方法完成数值风洞准确性模拟,以数值风场为基础加入降雨模型,考虑多种雨强和风速相互组合,分析风驱雨对土楼夯土墙的风雨侵蚀影响,揭示了夯土墙风雨侵蚀的内在规律。并通过当地一份气象统计资料作为算例,预测土楼年平均侵蚀损伤量在0.4~2.6 mm之间,所得结果为土楼的维护加固和开发利用提供了科学依据,也为其他生土建筑研究提供借鉴和参考。     

洋河水库微囊藻空间分布特征及其影响因素分析

通过野外调查及现场风速实时监测,对2010年夏季我国河北洋河水库微囊藻的空间分布特征及其影响因素进行了研究.结果表明,在水平空间上,西洋河口(主要入湖河口)微囊藻细胞密度最高,库心、北库心、坝前西、东洋河口等位置次之,坝前东(取水口)处微囊藻细胞密度最低,整体呈由水库西北向东南方向降低的趋势.Pearson相关性检验表明,洋河水库微囊藻细胞密度与ρ(TP)显著相关(P<0.05),但与ρ(DTP)、ρ(TN)及ρ(NO3--N)相关性不显著(P>0.05).风场分析表明,洋河水库水华发生季节东南风风频明显大于西北风,说明洋河水库微囊藻水平空间分布主要受入湖河流氮、磷污染及风场分布共同影响.西洋河口和库心的微囊藻昼夜垂向分布特征表现为早晨主要集中在水体的表层(10 cm),中午主要分布在水体0～3.5 m的水层,而傍晚时则可能下沉至底层,昼夜变化规律明显,并且其垂向分布特征主要受藻细胞的光合作用和风浪的混匀作用共同影响.      

广东省春季一次酸雨过程的数值模拟

采用WRF/Chem模式对2004年4月6—8日发生在广东省一次典型冷锋酸雨过程的气象场和污染物分布进行数值模拟,分析此次酸雨过程中致酸污染物SO2、NOx、硫酸盐气溶胶和硝酸盐气溶胶的主要分布特征,进而探讨此次酸雨的成因.结果表明,冷锋过境前,边界层高度较低,不利于污染物扩散,主要是局地排放致酸;冷锋过境形成了逆温层,污染物在逆温层内成片状均匀分布,使广东省出现大范围的酸雨.污染物浓度分布的模拟结果表明:SO2以本地源为主;NOx扩散范围较SO2广,分布更均匀;硫酸盐气溶胶和硝酸盐气溶胶6日主要分布在粤北,7日成大范围片状分布,与pH值的分布特征相似.     

大气环流模式CAM4对亚洲气候的高分辨率模拟

中小尺度地形不仅在区域尺度上影响降水和环流形势分布,还会影响季风、西风急流等大尺度的天气系统。新的全球模式分辨率得到明显提高,本研究通过对比分析CAM4高分辨率配置下的模拟结果与高分辨率APHRO降水和ERA-Interim再分析资料,评估高分辨率CAM4对亚洲地区气候系统的模拟性能。结果表明,该模式不仅对亚洲季风-干旱气候系统的大尺度分布特征有良好的模拟能力,还能很好地模拟出季风区和内陆干旱半干旱区年均和季节平均降水的高、低值中心以及水平风场、地表温度和海平面气压的区域差异性特征,尤其是山脉地形附近的降水极值和风场变化。此外,CAM4与气象资料间在不同空间尺度上的空间相关性均很好,其中地表温度的相关系数在0.9以上,降水在亚洲地区超过0.7。     

风场对太湖梅梁湾水华及营养盐空间分布的影响

为了解风场对湖泊表层蓝藻水华及营养盐空间分布的影响,以太湖梅梁湾为例,在蓝藻水华期间开展表层粒子漂流实验,研究风场对水体表层物质的推移规律,并开展全水域水体表、中、底层密集布点采样,测定水体藻类叶绿素a、氮、磷、高锰酸盐指数、溶解性有机碳、溶解氧等水质指标,探讨风场驱动下大型浅水湖泊蓝藻水华及营养盐时空分布特征.结果表明,在平均风速1. 9 m·s~(-1)和2. 3 m·s~(-1)的情况下,表层粒子的平均漂移速度分别为3. 0 cm·s~(-1)和5. 0 cm·s~(-1);风场对表层水体蓝藻水华的空间分布具有决定性影响,能够引起蓝藻水华在空间上较高的异质性;蓝藻水华物质的空间变化对水体颗粒态氮、磷、有机质和溶解氧等水质指标产生较大影响,表、中、底层颗粒态氮和磷、高锰酸盐指数与叶绿素a浓度的空间分布一致,而溶解态氮、磷浓度及溶解性有机碳的分布与叶绿素a浓度分布不尽相同;蓝藻水华物质在风场作用下的再分配对水体溶解氧产生复杂的影响,底层溶解氧平均值低于表层与中层,可能对沉积物营养盐释放产生影响;依据高密度布点调查估算,仅表层20 cm,梅梁湾水域的蓝藻干物质赋存量约396 t,远大于蓝藻打捞工程的清除量.研究表明,鉴于水华期间风场作用下对蓝藻水华漂移的巨大影响,在湖泊水质调查采样方法及数据分析时应充分考虑蓝藻水华漂移的影响因素;防控湖泛灾害的蓝藻打捞作业对湖体蓝藻水华赋存量的清除能力有限,只能对岸边带湖泛的预防产生影响.     

深圳地区海岸复杂地形下大气输送与扩散模拟

利用边界层预报模式提供的非定常的风场和湍流场，采用实用的考虑风切变的烟团模式模拟了海岸复杂地形下高架点源排放ＳＯ２的地面浓度变化特征。联接模式细致地考虑了地面反射，混合层穿透和反射。结果反映了风场湍流场的非均匀非定常对浓度分布有较大影响。     

WRF数值模拟超强台风“凡亚比”路径强度及降水特征分析

采用中尺度数值模式WRF对2010年第1 1号台风“凡亚比”的发生发展过程进行数值模拟.通过设计的模式方案较好地模拟再现了“凡亚比”台风的发展、演变以及登陆过程,并利用台风最佳路径集提供的路径、中心气压、地面最大风速等信息资料,NCEP/NCAR分析资料,TRMM降水资料以及卫星云图、降水观测等各种资料与模式模拟结果开展了较细致的对比分析.模式模拟的台风路径与观测路径较为一致,分析出“凡亚比”台风的移动路径、强度、云系和降水分布等方面的特征.结果表明,台风的高低层环流形式、垂直运动场模拟结构也完全匹配,同时很好地把握住了中国沿海地区由台风造成降水的降水中心位置以及降水强度,但是对台风两次登陆时间的模拟均比真实的情况要迟6h,并且登陆位置偏西南.     

机动车排放空间分配模型评估及应用

污染源排放清单及时空分布特征对大气污染管理至关重要,受数据采集量较大等因素的影响,应用自下而上的方法基于实际交通流信息计算机动车排放清单及分析空间分布特征具有一定困难,因此开展机动车自上而下的排放清单并进行空间分配模型及评估研究。该研究以北京城区为例,应用4种机动车排放的分配模型进行空间分布模拟,基于Hellinger距离参数对模拟数据和参考数据进行对比分析,对机动车排放的空间分配精度进行评估。结果表明:依据城市化面积比例、人口密度、主干路密度和城市化面积比例与主干道密度相结合的空间分配模型的模拟结果与参考数据之间的Hellinger距离分别为0.25、0.23、0.18和0.16,依据主干路密度的分配模型空间分配精度相对较高。     

铁塔近地层风场特征研究

基于对铁塔近地层风场的观测资料,采用统计分析方法,以夏季为例对铁塔近地层风场的平均风速、平均风向、最大风速、阵风、低空风切变等进行了分析研究,给出了夏季近地层风场的分布特征。     

基于MODIS气溶胶光学厚度与气象要素的苏锡常地区PM2.5地面浓度分布研究

基于GIS技术和岭回归分析方法,采用苏锡常地区的MODIS高分辨率气溶胶光学厚度资料、PM_(2.5)浓度观测资料和苏锡常及周边地区的气象观测资料,构建了基于气溶胶光学厚度和气象要素的PM_(2.5)地面浓度分布估算模型,模拟了2013年春季苏锡常地区PM_(2.5)的空间分布状况,并将此模型与气象要素多元回归模型、气溶胶光学厚度直接回归模型进行比较.结果表明:该模型将遥感观测资料与地面气象观测资料相结合,能够有效地模拟PM_(2.5)的空间分布状况;2013年春季苏锡常地区PM_(2.5)的空间分布具有整体上西北高、东南低,中心城区高、城郊区低的趋势,局部高浓度区域可能与工业生产、交通等人为因素有关;该模型能够在保持较高精度的前提下,有效地突出局部地区的变化特征,体现出更强的空间分异性,对于研究PM_(2.5)的空间分布规律具有一定的实际应用价值.     

海域移动源溢油污染事件寻源搜索方法研究

本文建立了基于水动力学模型潮流场模拟、风场数据及其求逆耦合的海域溢油污染事件寻源搜索数学模型。以海域水动力学模型模拟溢油油膜发现时刻前该海域的潮流场,并建立潮流场数据库;收集并建立溢油油膜发现时刻前该海域风场数据库;建立风、流场逆向耦合的溢油寻源搜索数学模型,并通过与研究海域电子海图的幕景叠置,反向递推搜索海域溢油污染事件源。以广西防城港海域溢油污染事件为例,验证方法的有效性:文中建立的溢油寻源搜索方法数学模型,以水动力学模型数值模拟、风场数据及其求逆耦合为基础,保证了方法的可靠性;同时采用保持原油膜包络范围的方式又为海域溢油污染事件进一步的精确定位提供合理的搜索空间。