一、EXPERIMENT ON THE FORECAST OF CHARACTERISTIC QUANTITIES OF ATMOSPHERIC TURBULENCE BY MESOSCALE MODEL MM5(论文文献综述)
吴骕[1](2021)在《大气光学湍流廓线估算中的外尺度参数化方法研究》文中研究说明大气湍流严重制约光电系统的性能,大气折射率结构常数(Cn2)廓线是评估大气湍流效应的重要参数。选择合适的外尺度模型是运用常规气象参数廓线估算Cn2的关键,目前现有的外尺度参数化模型均为国外研究者提出,且不少外尺度模型存在分辨率较差,精度不够等问题。针对这一问题,我们在Tatarski理论的基础上,结合湍流成因分析提出了三种新的外尺度模型,对国内不同地区的Cn2廓线进行估算,与已有的外尺度模型相比Cv2廓线估算精度有显着提高。本文的主要工作和成果如下:1、目前湍流探空在12km以上高度出现明显的日夜差异,针对这一现象展开相关探空实验。使用具有2个微温通道的湍流气象探空仪同时测量两路Cn2廓线,通过改变微温探头颜色,亦即改变探头表面反照率,研究太阳辐射对探空测量湍流的影响。与本色微温探头测量相比,一端或两端的探头喷黑色,所测的Cn2值均有所增大,且有太阳辐射时增加值更为明显。表明太阳辐射有可能是探空仪测量的白天和夜晚Cn2廓线存在差异的原因之一。2.依据Ellison尺度判断湍流发生的条件,将Ellison尺度应用于大气湍流廓线分析,利用拉萨的探空数据对所提出的Ellison尺度估算性能进行评估,与实测结果相比Ellison尺度的湍流强度估算值优于HMNSP99和Thorpe尺度,其平均相对误差低于8%,相关系数达到0.79。3.结合HMNSP99的经典外尺度模型和Richardson数判定湍流产生的条件,提出包含风切变和位温梯度的改进模型(S&θ),采用茂名和库尔勒获取的探空数据对模型进行了系数拟合,采用HMNSP99、Dewan、Thorpe、S&θ四种外尺度模型分别对拉萨和荣成的Cn2廓线进行估算,结果显示S&θ尺度的估算结果与实测Cn2廓线在变化趋势和量级上最为接近,表明S&θ尺度是一个合理可靠的Cn2估算模型。4.依据量纲分析提出了风切变和位温梯度的混合尺度(WSPT),并利用提出的WSPT尺度对茂名和荣成两个地区的湍流廓线进行估测,结果显示WSPT尺度能够很好的在不同地区、不同季节、不同气候下实现Cn2廓线的估测,能较好的反映两地湍流随高度变化的特征。使用了相关系数、平均相对误差、均方根误差、相对误差曲线评估了 WSPT尺度的性能,相关统计结果显示了 WSPT尺度具有较高的精确性和可靠性。上述依据Tatarski原理提出的外尺度估算模型对不同地区的湍流在精细结构和变化上都能达到很好的预测效果,但在某些高度存在一定偏差,三种模型均依据自行研制的湍流气象探空仪实测的湍流气象参数数据提出的,在未来还需要依据更多高分辨的湍流气象探空数据对所提出的模型进行进一步的改善、修正和检验。
乔秉钦[2](2021)在《大气边界层高度观测与模式模拟方法的研究》文中认为大气边界层是地面和自由大气之间的缓冲过渡层,与人们的生活息息相关,确定大气边界层顶的高度,一直是边界层研究的重要课题,目前人们通过多种手段研究大气边界层的演变特征。外场探测与数值模拟是实际应用中经常使用的两种方法。本文利用近地面层的常规气象观测、湍流观测和探空观测以及激光雷达遥感观测手段,得到河北保定、青海大柴旦两个具有典型下垫面特征的大气边界层二维观测数据,同时利用WRF-YSU模式对大气边界层的演变开展数值模拟。将外场观测结果和数值模拟结果相结合,详细分析了大气边界层中发生的物理过程,得到大气边界层高度的日变化特征。影响大气边界层发展的重要因素是地表和大气之间的热量输送,其计算方法多种多样而且差异较大,本文采用双层求差法、大口径闪烁仪测量以及通过净辐射-通量经验公式法等方式计算得到了两地近地面层的感热通量。计算结果表现出明显的日变化特征以及季节性差异。激光雷达在大气探测中使用非常广泛,可以测量温度、水汽、气溶胶以及微量气体等物质或气象要素的时空分布,其探测大气边界层的原理是通过对后向散射信号反演得到消光系数的时空分布,但是由于其探测的是物质(本文指气溶胶)分布,实际上应归为“物质聚集层”,其反演结果也更倾向于“物质分界层”而不是实际的大气边界层。通过对两地激光雷达观测数据的分析发现,常用的梯度方法易受水汽分子和残留层的影响,因气溶胶或其他原因引起的分层结构也会影响边界层高度的判断。为了更好地确定边界层变化,本文使用WRF-YSU模式开展数值模拟,结合其他经验模式,辅助分析激光雷达数据,实现对边界层高度较准确判断。结果分析表明,热力增长模型、激光雷达以及WRF-YSU模式在上午混合层发展时期能够保持较好的一致性。热力增长模型在整个上升过程中都能很好的计算边界层的高度,与探空的结果相比误差较低。WRF-YSU模式的适用性较好,但受到模型本身限制而无法得到超高边界层,另外还需要针对各地的实际情况进行相应的改动。
王强[3](2020)在《风电场尾流效应及其对大气环境影响的中尺度数值模拟研究》文中提出随着我国风电产业的爆炸式发展,大规模风电场发展需要对其复杂的风资源环境、风电场的开发潜力及其对大气环境的反馈作用等进行系统评估,这将为实现我国风电产业高效可持续环境友好型的发展提供保障。本文基于数值天气研究与预报(WRF)模式和空气质量(CMAQ)模型,建立了耦合风电场参数化模型(WFP)的WRF-WFP-CMAQ耦合模型框架,并对其进行了系统地评估和验证,模拟了不同尺度风电场的尾流效应及其大气环境效应,为风电产业的发展提供了科学合理的研究方法和实践数据。首先,基于WRF-WFP耦合模型探究了相邻风电场的尾流及功率输出干扰特性。以新疆哈密地区两相邻大型风电场为研究对象,探究场区的尾流效应及功率输出特性,定量地评估了大型风电场对其相邻风电场的流动及运行干扰特性。分析了模型对高水平网格分辨率的敏感性,实现了150 m高水平分辨率下相邻风电场的中尺度模拟。结果发现大型风电场对其下游尾流影响的范围为2030 km且其下游邻近风电场发电亏损量级约5.8%。因此,证实了风能富集区建设大规模风电场保留合理的“缓冲区”的必要性。其次,以河北张北风电基地为研究对象探究了大型风电基地的尾流效应、功率输出特性及其对大气边界层的影响。结果发现尾流效应的强度和范围不仅与风资源特性有关,还与风电场的规模及地形特征密切相关:平坦地形下,大规模场区和小规模场区产生最大的速度亏损分别为11%和8%,且尾流在下游35 km和20 km处恢复;山地地形下,简单山地地形风电场和复杂山地地形风电场的尾流影响范围为6 km或更小。此外,风电基地对当地大气边界层的影响显着且持续,对较远下游区域的影响则微小且偶然发生。最后,基于验证良好的WRF-WFP-CMAQ耦合模型探究了全国风电场的大气环境效应。首次评估了我国风电产业10年(20092018)发展情景对气象要素和大气污染物的影响及其大气物理机理。研究发现,全国风电场对大气环境的影响呈现较强的季度差异性。对于气象要素,冬季的影响与风电场分布密切相关且呈现局地效应,夏季的影响由中尺度大气环流变化引起且呈现南北区域效应。全国风电场并未产生额外的大气污染物,但它促使大气污染物重新分布,导致区域大气污染物发生南北区域性扩散和传输。同时,这种影响逐年增加,夏季尤为明显。近些年,京津冀地区PM2.5增幅为6.76μg/m3,长三角地区PM2.5降幅达5.25μg/m3。因此,政府需通过行政或经济方式平衡不同地区的风电发展,减缓风电产业对大气环境的不利影响,从而实现我国风电产业可持续环境友好发展。
杜晖[4](2020)在《河套周边地区云量精细化预报方法研究》文中研究表明云是一种常见的天气现象,云量的细微变化都有可能对天气系统的演变和发展产生较大的影响。云还直接影响航空航天活动,一直以来是空军和民航部门非常关注的天气现象之一。河套周边地区是我国重要的工业、军事区域,研究和掌握该地区云的变化特征和地方性规律,提供云量的精细化预报,提高云量的预报准确率,对该地区人们的日常生活、农业生产、以及军事活动等方面都有非常重要的现实意义。本文利用地面报文数据(MICAPS格式)、欧洲数值预报中心再分析资料(ERA-Interim)以及全球天气预报系统(GFS)预报场数据,统计分析了河套周边地区39个站点的云量在不同时间尺度上的变化特征,并从云量的生消机制角度出发构造了河套周边地区云量的5类预报因子,探究了影响总云量、低云量、对流云量的主要因子。在此基础上,利用多元逐步回归预报方法建立了总云量、低云量、对流云量的时间精细化预报模型,采用动态时变参数方法即自适应最小二乘回归以及自适应递推卡尔曼滤波方法对逐步回归方程建立了动态回归系数。本文还利用了反向传播(BP)神经网络预报算法、最小二乘支持向量机回归(LSSVM)预报算法以及Elman递归神经网络算法这三种机器学习和非线性预报模型对云量进行了预报研究。最后在几种预报模型的基础上,以总云量为例,采用简单集合平均(EMN)、消除偏差集合平均(BREM)、加权消除偏差集合(WBREM)、超级集合平均(SUP)等方法建立了集合预报模型,并利用独立样本检验模型效果。主要研究结果如下:(1)河套周边地区云量的年变化特征为:1979-2013年总云量、低云量观测值与ERA-Interim均呈南高北低分布。低云量观测值的分布特征与ERA-Interim更为一致,从西北到东南方向云量逐渐增多,ERA-Interim值低于观测值。1979-2018年之间的ERA-Interim云量Sen’s的趋势分布特征为:西部地区均有增多,尤其是西南地区,总云量和低云量Sen’s的趋势为10-1/10年(%)以上,且低云量增加趋势大于总云量;而东南部表现为总低云量减少趋势为-15×10-2/10年(%),中东部地区的云量略减少。(2)影响云量的预报因子主要为水汽类预报因子、GFS模式直接输出的云类预报因子和大气不稳定度类因子,对流云量和预报因子的相关性弱于总云量和低云量。39个站点逐步回归预报模型中水汽类预报因子和GFS模式直接输出的云类预报因子引入频次也最高,整层相对湿度引入频数最多,超过200次。(3)通过对GFS预报场进行释用,逐步回归预报方法得到的总云量预报值比模式直接输出的预报准确率有明显的提高,低云量的改进效果最大,西北部地区的平均订正能力在20%以上。利用自适应线性LS预报方法对总云量、低云量、对流云的预报效果明显优于自适应递推Kalman滤波方法。(4)三种非线性预报方法经过主成分提取后进行回代,结果和预报相差较小,回代和预报的平均绝对误差均随预报时效逐渐增大,对流云平均回代误差和预报误差最小,基本在10%以下。LSSVM预报模型对云量的回代拟合优度略好于其它两种神经网络预报模型。三种非线性预报模型对对流云量预报的时空差异较大。三种非线性预报模型的预报值和实况值的相关性相较于多元逐步回归预报方法,总云量、低云量、对流云量的预报值和实况的相关性明显加强。(5)几种预报方法能够明显地提高少云和多云天空状况下预报值的击中率,自适应LS方法最优(少云击中率平均提高24%,多云击中率平均提高34%)。在阴天状况下自适应递推Kalman滤波方法具有最高的击中率。(6)对比线性预报方法、非线性预报方法以及四种集合预报方法的总云量预报结果,不同方法对总云量的预报能力有所不同。自适应线性LS回归方法具有较高的预报技巧,平均绝对误差在20%左右,自适应递推Kalman滤波方法表现最差,经过集合预报,四种集合预报模型较原来有明显提升,优于单个预报方法,且集合预报模型中超级集合预报SUP预报技巧最高。总之,本文探讨了河套周边地区的云量区域精细化预报,能够为从事数值预报产品精细化释用的人员提供借鉴,亦为从事气象服务的当地业务人员提供参考。
朱容宽[5](2020)在《基于中/小尺度耦合大跨度航站楼屋盖台风致风荷载及风振响应分析》文中指出航站楼作为提供飞机乘客转换陆上和空中交通的多功能设施,轻量化、大型化导致该结构屋盖体系风损风毁问题更加突出,尤其是在强台风频繁发生的东南沿海地区。与良态风相比,台风作用下近地面风场高湍流、多突变、强切变等风场特性显着加剧航站楼结构近壁面气流运动形式的紊乱性,造成屋盖表面平均风压突变、瞬时极值风荷载过大、脉动风压伴随出现非高斯特性等特征。加之现存结构抗强/台风研究大多基于理论分析和实测数据,存在理论体系过度简化问题,难以真实反映中尺度台风场的特异性风剖面和登陆衰减效应。综上所述,由于大跨度航站楼屋盖气动性能的复杂性、台风气候模式和危险性分析尚不成熟、现有抗风设计规范并未涉及台风作用下屋盖风荷载的相关规定,因此开展基于中/小尺度耦合台风致大型航站楼屋盖风荷载及风振响应研究具有重要的工程意义。鉴于此,本文以国内某在建厦门国际机场航站楼为工程背景,首先采用中尺度模式中多重网格嵌套技术分析了“鲇鱼”台风登陆过程中位涡场分布、海平面气压场变化及风速、风向、风强等近地面风场特性,同时结合实测数据对比验证了中尺度台风“鲇鱼”模拟结果的正确性。然后,建立不同来流风向角下大跨度航站楼结构三维实体模型,结合中/小尺度嵌套数值模拟技术及传统大涡模拟技术分别对航站楼结构进行台风和良态风A类地貌下的三维风场模拟,并从结构典型截面速度流线、涡量分布及湍动能分布等角度对两类风场中绕流机理进行系统解释。在此基础上,对比探讨了考虑不同风向角下良态风和台风环境中大型航站楼屋盖表面的平均、脉动和极值风压三维分布规律,着重研究了不同工况下航站楼典型区域的概率统计特性、非高斯特征、空间相关性、相干性和功率谱特性。最后,采用完全瞬态法进行不同风向角下良态风和台风环境中大型航站楼风振响应对比计算,基于位移、轴力、弯矩以及扭矩等四种典型目标响应研究台风及良态风下航站楼屋盖典型区域风振系数分布模式,对比给出各工况整体下风振系数取值建议。研究表明,采用WRF/CFD耦合模式可以有效模拟航站楼台风风场;考虑中尺度台风影响会显着增大屋盖平均、脉动与极值风压,最大增幅可达58%、126%、39%;台风作用下航站楼屋盖风压非高斯特性显着且受风向角影响较大,但其时频域相关性均较弱。在结构设计时建议考虑不同风向角与不同响应目标风振系数替代规范中单一统一风振系数取值,且强/台风作用下航站楼风振系数放大效应不可忽略。本文综合应用中尺度天气预报模式、计算流体力学与有限元分析等手段详细研究了台风致大型航站楼屋盖风荷载及风振响应特性,相关成果可为此类大跨度航站楼结构抗台风设计提供参考依据,对于预防台风灾害、降低抗强/台风投资预算具有重要意义。
刘呈威[6](2019)在《城市通风空气热污染物输运与动力学特性》文中研究说明随着我国城市化的日益发展,城市人口不断增多、城市交通和工业废气排放量增大,城市空气环境不断恶化;城市建筑周围的微气候空气环境直接影响居民呼吸健康,充分理解城市建筑周边微气候空气、热与污染物输运机制有利于找到改善城市居民呼吸环境、保障城市居民呼吸健康的有效途径或方法。籍此,本文从城市内部街区空气环境热质输运过程结构、城市交通工业废气排放引发光化学反应生成的二次气态污染物扩散机制、内陆城市湖泊与城市热岛环流耦合特征等多个方面开展了相关基础科研工作。街区是城市人居环境中热与污染物输运迁移的基础载体,城市空气环境问题在人类活动频繁的街区中尤为明显。为此本文从城市基本组成单元街区入手,基于流体动力学方法对城市街区峡谷中的流体流动及热和污染物的输运迁移及积聚特性进行研究,选取了代表大多数现代城市中心总体形态典型高宽比为W/H=1.0的街区峡谷模型,建立热和污染物耦合输运模型,创造性的引入流函数、热函数和质函数的等值线可视化地来表征城市街区峡谷中热质输运过程,同时将街区峡谷通风通过参数化后的ACR(换风量)、HRR(热去除率)和PRR(污染物去除率)来评价街区峡谷的通风流动效率及热质输运特性,揭示了城市街区峡谷中气流与热浮升力在迎风、背风面的相互作用的机理,掌握了街区峡谷中热质输运转变过程。对于街区峡谷内污染物,主要来源于交通尾气的排放,而这些污染物大多数存在化学反应性,为了探究存在光化学反应下的气态污染物在城市街区峡谷中的迁移扩散规律,建立气态污染物的NOx-O3光化学反应模型耦合CFD方法对城市街区峡谷内存在反应性污染物扩散规律进行研究,发展了RNG k-?湍流模型首次探究光化学反应下的气态污染物在不同交通尾气排放量大小和排放位置的迁移扩散规律,掌握在空气环境更为实际的情况下城市街区峡谷区域交通尾气NOx排放源对于光化学反应以及气态污染物扩散迁移的影响。然后将研究尺度从街区峡谷扩展到城市单元,城市化的快速发展使城市土地利用慢慢朝着工业、建筑用地发展,导致城市绿地面积以及城市水体面积的急剧减少,而城市下垫面结构对城市空气环境有着举足轻重的作用。为了探究在城市化进程中城市下垫面结构特别是典型内陆湖城市湖泊水体对城市空气热环境的影响,先通过观测实验来探测湖泊水体结构对城市环境的影响,然后发展出城市热岛-湖风环流数值模型,发现了在典型内陆湖城市湖泊面积不变的情况下,城市热岛羽流的偏移量会随湖泊与城市中心距的增大而减小;在城市与湖泊中心距不变的情况下,城市热岛羽流的偏移量随湖泊面积的增大而增大。可见湖泊水体下垫面结构对城市空气环境有着显着影响。本文从城市街区环境自身热质输运机理的研究开始,进而深化到城市街区峡谷更为实际的光化学反应下的污染物输运规律的探究,最后扩展研究尺度到城市单元探究城市下垫面结构(内陆城市典型的湖泊水体结构)对城市空气环境的影响。为了解决城市空气环境的问题不仅仅要研究城市基础单元街区峡谷中的热质输运过程,充分掌握其流动传热机理,也需要研究街区峡谷更为实际的光化学污染下的污染物扩散迁移过程,这样可以从城市基础单元层面上出发更好的治理以及防治空气热污染物的传播,为城市街区中的热质输运提供指导,然后结合我国基本国情,创新性的针对国内大部分典型内陆湖城市的湖泊水体结构,有效利用城市自身的下垫面结构优势去营造更为舒适的城市热质输运环境,为改善城市环境提供新的思路,为环境污染的综合治理提供科学依据和理论基础。
袁仁育[7](2018)在《基于多尺度耦合模式的风电场流动及运行特性数值模拟研究》文中指出随着国内外对环保问题的日益重视,风能作为一种清洁的可再生能源,在世界能源结构中扮演着越来越重要的角色。在当前风力发电成本还高于火电成本的背景下,提升风力发电的经济性是保证风能产业可持续发展的重要基础。由于风电的发电成本很大程度上取决于风电场的风资源情况,因此,提升风电场发电经济性的关键在于对风电场的科学选址以及对风力机的合理布局,而这就依赖于对风资源的精确评估以及对风场内尾流干涉效应的深入认识。对风资源的评估需要在中尺度气象模式下开展,而对风电场尾流干涉特性的研究需要在微尺度计算流体力学(CFD)框架下进行,因此开展中尺度与微尺度耦合模式的风电场模拟研究,对于辅助风电场科学选址和风力机优化布局具有重要意义。本文通过计算流体力学与中尺度气象模式相结合的方法,建立了对风电场流动和运行特性模拟的多尺度计算平台。在微尺度CFD软件OpenFOAM基础上,发展了基于大涡模拟(LES)和致动线模型(ALM)的风力机流场求解器,并将风力机的电机转矩控制和变桨距控制方法耦合到该求解器中,开发了对平坦地形和复杂地形都适用的风电场CFD模拟平台。在中尺度天气研究与预报(WRF)软件的基础上,通过对风电场与大气边界层相互作用机理的参数化建模,发展了中尺度风电场参数化(WFP)耦合模型WFP-WRF。此外,通过将以上中尺度模式与微尺度模式耦合,发展了多尺度WRF-CFD计算平台。基于以上发展的模拟平台,本文对风电场的流动及运行特性开展了比较系统的研究。首先,在微尺度CFD模式下,基于耦合风力机控制策略的大涡模拟计算平台,对动态入流条件下风力机的运行特性、尾流干涉特性,以及风力机排布方式对风电场运行的影响进行了研究。探究了风力机在动态入流风速条件下的运行响应特性,结果表明,耦合新发展的控制模型后,风力机的转速、转矩、输出功率能够很好地响应入流风速的变化,模拟得到的风力机功率曲线与风力机实际的功率曲线也吻合良好。对动态入流条件下风力机尾迹干涉特性的研究表明,下游风力机在尾迹影响下,转矩、轴向推力的波动幅度增大了;随着下游湍流的增强,当风速超过额定风速后,下游风力机的桨距调节会存在“超调”现象,导致风力机输出功率值会在额定值附近轻微波动。对风电场不同排布方案下的模拟结果表明,错列排布相比于其他排布方案在降低风力机载荷脉动,提高风场容量因子和风电场效率方面具有明显的优势,而增加轴向间距也有利于提高风电场的容量因子。其次,在中尺度模式下,基于WFP-WRF模型,首次对一个真实陆上风电场内的流动特性、功率输出特性以及风场与大气边界层的相互作用展开了高分辨率的数值模拟研究。利用风电场的测风数据和实际功率输出数据,对模型的计算精度进行了验证,结果表明,当前的计算模型对于风场的风速、风向以及风力机功率的模拟具有较高的精度。同时,对不同风向下,风电场内各风力机的输出功率及风场的运行效率进行对比分析,定量地比较了三个主要风向下风电场的出力特性。此外,探究了风电场运行对大气边界层风速、温度的影响,对风电场影响下不同高度层的速度及温度的波动特性进行了对比,定量地揭示了风场对其下游不同位置区域风速的影响情况。最后,在中尺度与微尺度耦合的WRF-CFD模式下,对复杂地形条件下的陆上风电场的流动及风力机运行特性展开了多尺度模拟研究。并基于风场运行数据分别对基于中尺度WFP-WRF模式和多尺度WRF-CFD耦合模式计算得到的风力机功率输出结果的精度进行了检验,结果表明,相比于中尺度WFP-WRF模式,采用WRF-CFD多尺度耦合的方式,在捕捉风电场的流动细节以及提高模拟精度方面具有明显的优势。同时,本文分别考虑了风力机处在山坡上风向、山坡顶上和上坡下风向三种情况,探究了地形对风力机周围流场以及风力机运行特性的影响。此外,本文还研究了入流风速对风电场运行特性的影响,探讨了四种不同入流风况条件下,风力机的输出功率、轴向推力及风轮转速的演化特性。本文的研究发展了对风电场流动及运行特性模拟的多尺度耦合计算平台,可以用于辅助风电场的宏观、微观选址,具有重要的工程应用价值。
富浩华[8](2017)在《大气污染扩散模式AERMOD和CALPUFF的比较与应用研究》文中进行了进一步梳理鞍山是东北地区最大的钢铁工业城市,而钢铁行业是大气污染物排放的主要来源之一。利用大气污染扩散模式模拟主要污染物的排放与扩散对鞍山的空气质量预测及污染防治工作有重要的意义。AERMOD和CALPUFF模式都是国家环境保护部发布的强制性行业标准《环境影响评价技术导则—大气环境》(HJ 2.2-2008)中推荐使用的大气污染扩散模式。目前还没有利用不同的大气污染扩散模式对鞍山地区的污染物排放和扩散进行对比研究的实例,所以对比分析AERMOD模式和CALPUFF模式在鞍山地区的模拟研究非常具有意义。本文采用数值模拟的实验方法,以东北钢铁之都鞍山为研究对象,选取鞍山市中心50km直径范围的区域污染源,采用AERMOD和CALPUFF模式分别模拟了2011年1月SO2污染物的排放和扩散情况,利用ArcGIS地理信息系统对S02的空间分布进行可视化输出,并与监测值对比。在使用CALPUFF模拟的过程中,借助CALWRF数据转换工具,将中尺度气象模式WRF模拟结果作为CALPUFF的气象数据输入,增强了 CALPUFF对高空气象场模拟的准确性。结果显示,相比于AERMOD模式,CALPUFF模式模拟SO2浓度与实测值的相关性更高。将WRF与CALPUFF耦合使用,可以更好地模拟风场及边界层内高度等影响污染物扩散的主要参数。针对鞍山市冬季频繁出现的静小风天气,CALPUFF使用的诊断风场模块相比于AERMOD模型能更好的反映气象场、地形条件等对污染物迁移、扩散的影响。但是在利用WRF—CALPUFF耦合模式时,WRF模拟出的地面温度数据不够准确,从而影响了 CALPUFF的气象输入参数,所以在使用WRF的同时,还应该加入地面监测数据进行同化处理以修正模拟结果。
李彪[9](2016)在《城市建筑群分布非均一性对风环境影响研究》文中进行了进一步梳理我国的城市化进程日新月异,随之而来的诸如热岛效应、城市高温化、降水增加、雾霾天气等问题也日益突出。城市独特的非均一化建筑群形态结构对风的阻碍和扰动是城市局地风环境的重要成因,是造成城市热环境区别于自然环境的根本。准确测算城市建筑群对风的衰减作用,可以为热岛效应评估、城市气象预报、建筑外环境优化等研究提供技术支持。但因真实城市建筑群极端复杂的非均一性,鲜有深入研究成果,尤其缺乏系统和定量化的研究。本文首先从城市非均一建筑群形态角度出发,通过深入的理论探讨及广泛的跨学科调研,建立了表达城市建筑群非均一性形态特征的参数化方案。其中,首次提出了非均一建筑群的风廊道指数,融合了路网对建筑群布局的分辨能力,形成了有效描述建筑群布局和流动阻力的参数化方法。进一步通过精细的数值模拟手段对简单建筑群影响的廊道风流动机理进行研究,深入探讨建筑群局地流场的形成机制,提出了基于形态特征的流量系数,得到形式简单的经验公式,可以用来描述流量比率与建筑宽度、长度、布局夹角的关系,并得到良好的验证结果。同时,对廊道风的研究结果认为其形成机理是风阻效应形成的角隅剪切流的叠加,且最小过流断面是决定廊道风流场形态的关键因素;认为文丘里效应可能不适用于建筑群廊道风此类非受限流动;指出廊道建筑的风阻效应内在机理是拖曳作用和绕流流动耦合的结果,其中拖曳作用主要取决于迎风面积,两者几乎是直接的负相关。其次,利用大型边界层风洞实验,对所关注的形态参数影响流动及拖曳作用的特性进行了研究。总体分析结果指出实验的测试工况具备Re无关性,且空间平均风速测量有一定的空间测点位置无关性;不同形态参数对流动的影响和所受拖曳作用差异明显,不同指导风速下同一建筑群中各建筑表面风压差分布和所受拖曳作用分布趋势不变。实验深入考察了建筑群中建筑物单体拖曳作用的分布规律,及其对整体拖曳作用的贡献。建立了一种非介入式建筑群整体拖曳力测量的方法,基于整体建筑群中少数几个建筑的表面压力测量结果,对由实验结果分析得到的统一的分布曲线进行拟合,并由此估算整体拖曳力系数。此方法有可能实现对真实建筑群整体拖曳力系数的测量。同时,实验结果表明单体建筑拖曳作用分布规律显着,迎风面第一行建筑后拖曳力系数迅速衰减;来流风速和建筑单体形状决定了迎风第一个模块的拖曳作用强度,建筑群整体形态特征决定单体拖曳力系数沿风向的分布趋势。最后,对形状指数和风廊道指数影响风的流动特性作深入分析,指出建筑形状对于流过空气的影响较小,圆形建筑因有类似导流效果拖曳作用最小;建筑布局变化对流动的影响较形状更显着。进一步结合前述机理研究,综合考虑迎风面积指数、平面面积指数、形状指数、风廊道指数对拖曳力系数的影响,分析得到统一的拟合曲线。最终建立了可以由非均一建筑群几何形态特征直接导出其拖曳力系数的参数化模型。同时,修正理论推导并结合相应的参数化方法,改进了可以考虑建筑群非均一性影响的粗糙特性模型。本论文研究成果可以更好地评价非均一城市建筑群的拖曳力作用,从而可能为城市局地风环境、污染扩散研究,以及由城市区域热环境层面探讨绿色建筑设计、生态城市规划的方法提供理论和技术支持。
尹继福[10](2015)在《同化极轨卫星陆地产品对改善陆面模式模拟效果研究》文中研究表明在全球变暖背景下,干旱灾害发生的频率、持续时间和强度均有所增加。应用陆面模式模拟结果监测干旱,是规避干旱危害的一种重要手段。同化极轨卫星陆地产品可以有效地改善陆面模式模拟结果,从而提升陆面模式干旱监测能力。本文基于Land Information System (LIS 6.2)模型和现阶段主要极轨卫星陆地产品及地表观测资料,详细分析了使用Moderate Resolution Imaging Spectroradiom-eter Collection 5 (MODIS-C5)地表类型、逐周植被覆盖率和逐月地表反照率对模式模拟能力影响,根据数学推导给出了集合卡曼滤波最优化集合尺度,在此基础上研究了同化Soil Moisture Operational Product System (SMOPS)土壤湿度融合产品对模式模拟能力的改善作用,并分析了在数据同化系统中针对SMOPS土壤湿度融合产品开展质量控制的必要性。具体结果如下:1.在集合卡曼滤波(Ensemble Kalman Filter)集合尺度较小时,通过增加集合尺度可以显着减少数据同化系统误差,但随着集合尺度逐渐增加,系统残差减小幅度趋缓;实际上,随着集合尺度增加,集合卡曼滤波对系统的贡献可以无限增加;但集合尺度为12时,其同化效率最大。2.1990年代初期的Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR)和2007-2010年MODIS-C5地表类型产品均具备在其各自研发时期准确表达地表实际使用类型信息的能力;地表类型改变对根层土壤湿度(root-zone soil moisture, RZSM)影响较大,其中,当草地面积增加时,有利于增加RZSM (15%);而当草地和原始森林等植被类型被农田或者人工林所取代时,将减少RZSM(-20%)。3.逐周Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR)植被覆盖率和逐月MODIS地表反照率产品与气候态平均的数据之间存在较大差异,该差异对模式模拟结果影响较大;相对于静态植被覆盖率资料,使用了逐周植被覆盖率产品的模拟个例能够显着改善模式对于干旱条件下表层土壤湿度(9.3%)、根层土壤湿度(11.04%)、地表长波净辐射(9%)、土壤温度(0.8 K)的模拟能力;类似地,相对于静态数据,同时使用了逐月地表反照率和逐周植被覆盖率产品的模拟个例可以显着改善模式对于地表短波净辐射的影响。4. SMOPS土壤湿度融合产品具有较高的空问覆盖率(高、中、低纬度地区分别为84.2%、90%和79.2%),在全球尺度使用Cummulative Distribution Function(CDF)匹配方法处理后的SMOPS融合数据和模式模拟结果具有较好的一致性;通过同化SMOPS融合数据不仅能够改善模式在中、低植被覆盖率地区模拟土壤湿度(11%-25%)和土壤温度(6%-26%)的能力,也能够改善植被密集地区的模拟效果(土壤温度10%-15%,土壤温度6%-17%),但在中等植被覆盖率地区改善幅度最大;而同化SMOPS融合数据产品后,模式模拟的地表短波净辐射和长波净辐射与地表观测资料拟合效果更好。5.对于陆面模式同化卫星土壤湿度产品,需要开展质量控制;针对SMOPS土壤湿度融合产品,通过建立不同植被类型条件下的植被覆盖率阈值,可以显着改善同化效果,其中表层土壤湿度模拟误差可以减少17%,而根层土壤湿度可以减少3%-7%。以上研究结果表明,通过使用MODIS-C5地表类型、准实时植被覆盖率和地表反照率和同化SMOPS土壤湿度融合产品可以显着改善陆面模式模拟能力;且对于使用集合卡曼滤波的数据同化系统,集合尺度应设置为12以获得最大同化效率,同时需要针对同化卫星资料开展质量控制工作。
二、EXPERIMENT ON THE FORECAST OF CHARACTERISTIC QUANTITIES OF ATMOSPHERIC TURBULENCE BY MESOSCALE MODEL MM5(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、EXPERIMENT ON THE FORECAST OF CHARACTERISTIC QUANTITIES OF ATMOSPHERIC TURBULENCE BY MESOSCALE MODEL MM5(论文提纲范文)
(1)大气光学湍流廓线估算中的外尺度参数化方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 研究进展 |
1.3 论文的研究内容 |
第2章 湍流的基本理论 |
2.1 湍流理论概述 |
2.2 大气湍流的基本特性 |
2.2.1 大气湍流的产生与发展 |
2.2.2 大气湍流的特性 |
2.3 泰勒冻结假定 |
2.4 Kolmogorov湍流理论 |
2.5 大气折射率结构常数 |
2.6 内尺度l_0与外尺度L_0 |
2.6.1 外尺度的估算与测量 |
2.6.2 内尺度的估算与测量 |
第3章 大气湍流廓线测量方法 |
3.1 SCIDAR(Scintillation Detection Ranging)及其改进技术 |
3.1.1 SCIDAR技术 |
3.1.2 Generalized SCIDAR(GS)技术 |
3.1.3 Stereo-SCIDAR技术 |
3.1.4 Single Star SCIDAR(SSS) |
3.2 SLODAR(SLOpe Detection And Ranging)技术 |
3.3 MASS(Multi-Aperture Scintillation Sensor)技术 |
3.4 DIMM与MASS组合仪 |
3.5 LuSci(Lunar Scintillometer)技术 |
3.6 Radar技术 |
3.7 Sodar技术 |
3.8 温度脉动仪 |
3.9 湍流气象探空仪 |
3.10 本章小结 |
第4章 大气湍流廓线估算方法研究 |
4.1 经验模型 |
4.1.1 指数型模型 |
4.1.2 SLC模型 |
4.1.3 AFGL模型 |
4.1.4 CLEAR I夏季模型 |
4.2 参数化模型 |
4.2.1 Hufnagel模型 |
4.2.2 NOAA模型 |
4.2.3 Tatarski模型 |
4.3 数值模拟模型 |
4.3.1 Masciadri模型 |
4.3.2 MM5模型 |
4.3.3 WRF模型 |
4.4 本章小结 |
第5章 影响湍流气象探空仪因素初探 |
5.1 影响湍流气象探空仪测量的已知因素及处理办法 |
5.2 太阳辐射对湍流气象探空仪测量的影响分析 |
5.2.1 热传导理论推导太阳辐射对大气湍流测量的影响 |
5.2.2 近地面与探空实验研究太阳辐射对大气湍流测量的影响 |
5.3 本章小结 |
第6章 Ellison外尺度参数化模型估算湍流 |
6.1 Ellison尺度估算C_n~2廓线 |
6.1.1 估算流程 |
6.2 拉萨探空数据分析 |
6.3 Ellison尺度对拉萨湍流廓线的估算 |
6.4 本章小结 |
第7章 改进的HMN外尺度模型(S&θ)估算湍流 |
7.1 S&θ尺度的基本概念 |
7.2 S&θ尺度对湍流廓线的估算和分析 |
7.2.1 荣成估算结果和分析 |
7.2.2 拉萨估算结果和分析 |
7.3 本章小结 |
第8章 混合尺度模型(WSPT)估算湍流 |
8.1 WSPT尺度的基本概念 |
8.2 WSPT尺度对湍流廓线的估算和分析 |
8.2.1 茂名估算结果和分析 |
8.2.2 荣成估算结果和分析 |
8.3 Ellison、S&θ与WSPT尺度的性能比较 |
8.4 本章小结 |
第9章 总结与展望 |
9.1 论文工作总结 |
9.2 论文创新点 |
9.3 下一步计划与展望 |
9.3.1 工作中存在的问题 |
9.3.2 未来的展望 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
(2)大气边界层高度观测与模式模拟方法的研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 大气边界层概述 |
1.2 大气边界层顶高度研究进展 |
1.2.1 主动测量方法 |
1.2.2 数值模拟方法 |
1.3 本文研究内容 |
第2章 实地观测与理论方法 |
2.1 观测地点与数据说明 |
2.2 理论与方法 |
2.2.1 感热通量计算方法 |
2.2.2 WRF-YSU模式理论解析 |
2.2.3 激光雷达探测PBLH方法 |
2.2.4 热力增长模型计算PBLH方法 |
2.3 数据质量控制 |
第3章 感热通量与边界层的计算结果 |
3.1 地表热通量计算结果 |
3.2 WRF-YSU模式模拟PBLH |
3.3 激光雷达计算PBLH |
3.4 小结与讨论 |
第4章 雷达图像的分析与多种计算结果的比较 |
4.1 保定地区综合分析 |
4.2 大柴旦地区综合分析 |
4.3 小结与讨论 |
第5章 总结与展望 |
5.1 主要结论 |
5.2 创新点 |
5.3 目前存在的问题 |
附录 |
参考文献 |
致谢 |
(3)风电场尾流效应及其对大气环境影响的中尺度数值模拟研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
术语表 |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 风电场与大气边界层的相互作用及研究方法 |
1.3 风电场数值研究的模拟策略 |
1.4 国内外研究进展 |
1.4.1 风电场的尾流及运行特性研究 |
1.4.2 风电场的气候及环境效应研究 |
1.5 本文的研究内容 |
第2章 风电场数值模拟方法 |
2.1 大气湍流 |
2.1.1 大气湍流概述 |
2.1.2 大气湍流控制方程 |
2.1.3 大气湍流运动及湍流通量 |
2.2 大气边界层 |
2.2.1 大气边界层特征 |
2.2.2 近地层规律 |
2.3 中尺度数值模拟方法 |
2.3.1 WRF模式 |
2.3.2 CMAQ模型 |
2.3.3 风电场参数化模型 |
2.4 风电场参数化模型的评估与验证 |
2.4.1 风电基地及资料 |
2.4.2 数值试验方法 |
2.4.3 评价指标 |
2.4.4 结果分析 |
2.5 本章小结 |
第3章 相邻风电场尾流及运行干扰效应 |
3.1 引言 |
3.2 风电场及资料 |
3.2.1 风电场简介 |
3.2.2 测风数据分析 |
3.3 数值模式及试验设计 |
3.3.1 模式方案配置 |
3.3.2 数值试验设计 |
3.4 模型验证及其对水平网格分辨率敏感性 |
3.4.1 风速的验证分析 |
3.4.2 风向的验证分析 |
3.5 整场尾流效应及功率输出 |
3.5.1 整场尾流效应 |
3.5.2 整场功率输出 |
3.6 相邻风电场的作用及评估 |
3.6.1 尾流干扰效应 |
3.6.2 功率输出干扰效应 |
3.6.3 相邻风电场干扰效应的评估 |
3.7 本章小结 |
第4章 大型风电基地尾流效应及功率输出 |
4.1 引言 |
4.2 风电场及数据资料 |
4.2.1 风电场简介 |
4.2.2 模拟时段风资源特性 |
4.3 数值模式及试验 |
4.3.1 数值模式 |
4.3.2 配置方案及数值试验 |
4.3.3 风电场参数化及评估方法 |
4.4 水平网格分辨率敏感性及模型验证 |
4.4.1 风速对比验证分析 |
4.4.2 风向对比验证分析 |
4.5 风电场的尾流效应 |
4.5.1 不同风况下风电场的尾流效应 |
4.5.2 不同地形下风电场的尾流效应 |
4.6 风电场的功率输出特性 |
4.6.1 不同风况下风电场的功率输出特性 |
4.6.2 运行状况欠佳风电场 |
4.7 本章小结 |
第5章 大型风电基地对大气边界层影响 |
5.1 引言 |
5.2 大型风电基地及资料 |
5.2.1 河北张北风电基地 |
5.2.2 测风数据资料 |
5.3 数值模式及试验设计 |
5.4 模型验证及显着性检验 |
5.5 不同季度下大气边界层的影响 |
5.5.1 轮毂高度风速的影响 |
5.5.2 地表温度的影响 |
5.5.3 大气边界层高度的影响 |
5.6 大气边界层影响的昼夜差异性 |
5.7 风电基地对大气边界层影响的评估 |
5.8 本章小结 |
第6章 全国风电场的大气环境效应研究 |
6.1 引言 |
6.2 中国风电发展数据库及观测资料 |
6.2.1 中国风电场数据库 |
6.2.2 观测资料及主要城市圈 |
6.3 数值模式及试验设计 |
6.3.1 WRF-CMAQ数值模式框架 |
6.3.2 模式配置方案 |
6.3.3 数值试验设计 |
6.4 数值方法验证及显着性检验分析 |
6.4.1 WRF模式验证分析 |
6.4.2 CMAQ模型验证分析 |
6.4.3 显着性检验分析 |
6.5 气象要素的季度平均影响 |
6.5.1 气象要素的季度平均影响规律 |
6.5.2 气象要素影响的大气物理机理 |
6.6 大气污染物的季度平均影响 |
6.6.1 大气污染物的季度平均影响规律 |
6.6.2 大气污染物影响的大气物理机理 |
6.7 全国风电场对大气环境的长期影响规律 |
6.7.1 主要城市圈的大气环境效应 |
6.7.2 京津冀地区大气环境效应的条件分析 |
6.8 全国风电场发展的影响与讨论 |
6.9 本章小结 |
第7章 全文总结与展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 创新点归纳 |
7.3 工作展望 |
参考文献 |
作者简历 |
(4)河套周边地区云量精细化预报方法研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究目的和意义 |
1.2 研究现状 |
1.2.1 云的气候特征 |
1.2.2 云的预报现状及存在问题 |
1.2.3 集合预报研究现状 |
1.3 研究内容 |
第二章 数据与方法 |
2.1 研究区域 |
2.2 研究资料 |
2.2.1 MICAPS格式地面报文资料 |
2.2.2 地面气象资料 |
2.2.3 ERA-Interim再分析资料 |
2.2.4 GFS预报场资料 |
2.3 方法介绍 |
2.3.1 双线性插值 |
2.3.2 功率谱分析 |
2.3.3 归一化计算方法 |
2.3.4 PCA主分量提取 |
2.3.5 多元逐步回归预报方法 |
2.3.6 自适应线性最小二乘回归算法 |
2.3.7 自适应递推卡尔曼滤波算法 |
2.3.8 最小二乘支持向量机回归预报方法 |
2.3.9 BP神经网络预报方法 |
2.3.10 Elman神经网络预报方法 |
2.3.11 低云的对流云、非对流云分类方法 |
2.4 预报效果评估 |
第三章 河套地区云量特征分析 |
3.1 年际变化特征 |
3.2 年变化特征 |
3.3 日变化特征 |
3.4 云量垂直物理量诊断研究 |
3.5 本章小结 |
第四章 云量预报因子选取及相关性分析 |
4.1 预报因子的选取 |
4.2 GFS预报因子与云量的相关性分析 |
4.2.1 GFS预报因子与云量间的相关性分析 |
4.2.2 GFS预报因子间的相关性分析 |
4.3 本章小结 |
第五章 基于线性统计释用方法对云量预报及效果分析 |
5.1 多元逐步回归预报建立 |
5.1.1 预报因子被引入频数 |
5.1.2 云量预报方程 |
5.1.3 云量预报方程预报效果评估 |
5.1.4 云量预报试预报 |
5.2 动态时参预报模型 |
5.2.1 自适应线性最小二乘回归算法 |
5.2.2 自适应递推卡尔曼滤波算法 |
5.3 本章小结 |
第六章 基于机器学习和非线性模型对云量预报及效果分析 |
6.1 预报因子主成分提取 |
6.2 三种非线性预报模型参数设置 |
6.2.1 最小二乘支持向量机LSSVM预报模型 |
6.2.2 BP神经网络预报模型 |
6.2.3 Elman神经网络预报模型 |
6.3 三种预报模型比较 |
6.4 线性预报模型和非线性预报模型对比 |
6.5 本章小结 |
第七章 总云量集合预报研究及效果检验 |
7.1 多模式集成集合预报的建立 |
7.1.1 加权集合平均(EMN) |
7.1.2 消除偏差集合平均(BREM) |
7.1.3 加权消除偏差集合(WBREM) |
7.1.4 超级集合预报(SUP) |
7.2 多种集合预报集成的效果判定 |
7.3 几种模型预报效果对比 |
7.3.1 39个站点试预报平均预报效果对比 |
7.3.2 单个站点2017年总云量试预报效果对比 |
7.4 本章小结 |
第八章 总结与讨论 |
8.1 全文总结 |
8.2 本文特色与创新点 |
8.3 存在问题及下一步研究计划 |
参考文献 |
在学期间的研究成果 |
致谢 |
(5)基于中/小尺度耦合大跨度航站楼屋盖台风致风荷载及风振响应分析(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
注释表 |
缩略词 |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.1.1 机场建设时需性 |
1.1.2 我国航站楼发展历程 |
1.1.3 航站楼结构强/台风毁事故 |
1.2 国内外研究现状及发展 |
1.2.1 中尺度台风场特性与数值模拟 |
1.2.2 中/小尺度风场耦合 |
1.2.3 复杂体型大跨度屋盖抗风研究现状 |
1.3 问题的提出 |
1.4 本文主要研究内容 |
第二章 中尺度台风场数值模拟 |
2.1 中尺度WRF模式 |
2.1.1 模式简介 |
2.1.2 控制方程 |
2.1.3 物理参数化方案 |
2.1.4 初始气象场数据获取 |
2.2 台风概况 |
2.3 WRF模式参数设置 |
2.3.1 模拟区域选定 |
2.3.2 参数化物理方案选定 |
2.4 结果有效性验证 |
2.5 台风场模拟结果 |
2.5.1 位涡场 |
2.5.2 海平面气压场 |
2.5.3 风速流线场 |
2.5.4 风向场 |
2.5.5 近地层风特性分析 |
2.6 本章小结 |
第三章 WRF/CFD耦合的降尺度计算方案 |
3.1 工程简介 |
3.2 CFD数值模拟理论 |
3.2.1 计算流体力学简介 |
3.2.2 流体力学守恒方程 |
3.2.3 数值湍流模型选取 |
3.2.4 大涡模拟控制方程 |
3.3 中/小尺度台风模拟嵌套技术 |
3.4 小尺度CFD模拟参数设置 |
3.4.1 计算域与网格划分 |
3.4.2 边界条件设定 |
3.4.3 航站楼表面测点布置 |
3.5 有效性验证 |
3.6 绕流机理分析 |
3.6.1 速度流线 |
3.6.2 涡量分布 |
3.6.3 湍动能分布 |
3.7 本章小结 |
第四章 航站楼风荷载特性分析 |
4.1 屋盖风压分布模式 |
4.1.1 平均风压 |
4.1.2 脉动风压 |
4.1.3 极值风压 |
4.2 非高斯特性研究 |
4.2.1 非高斯指标 |
4.2.2 概率密度特性 |
4.2.3 非高斯的判定及区域划分 |
4.3 空间相关性分析 |
4.3.1 悬空屋檐区域 |
4.3.2 变高差屋盖区域 |
4.3.3 分肢区域 |
4.4 测点间相干性分析 |
4.5 风压功率谱特性 |
4.6 本章小结 |
第五章 航站楼风致振动特性研究 |
5.1 有限元建模与动力特性分析 |
5.2 风振计算方法与参数定义 |
5.2.1 计算方法 |
5.2.2 风振系数定义 |
5.2.3 计算参数 |
5.3 风振响应分析 |
5.3.1 悬空挑檐区域 |
5.3.2 变高差屋盖区域 |
5.3.3 分肢区域 |
5.3.4 整体风振响应 |
5.4 风振系数对比研究 |
5.4.1 位移风振系数 |
5.4.2 内力风振系数 |
5.4.3 整体风振系数建议取值 |
5.5 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 主要结论 |
6.2 主要创新点 |
6.3 研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
在校期间的研究成果及所获荣誉 |
已录用和发表论文 |
申请及授权知识产权 |
参与科研项目 |
在校期间所获荣誉及奖励 |
(6)城市通风空气热污染物输运与动力学特性(论文提纲范文)
本文主要创新点 |
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 课题来源 |
1.1.1 课题项目来源 |
1.2 课题背景与意义 |
1.2.1 城市空气光化学污染新问题 |
1.2.1.1 城市空气新增污染物O_3和NO_2 |
1.2.1.2 新增污染物引发的光化学污染危害 |
1.2.2 城市下垫面结构对城市空气热环境影响 |
1.2.3 城市街区峡谷空气环境问题 |
1.3 本文的组织结构与主要研究内容 |
1.3.1 本文的组织结构 |
1.3.2 本文的主要研究内容 |
1.4 本文的创新点 |
2 城市通风流体动力学研究方法 |
2.1 研究方法 |
2.1.1 实验测量及环境风洞实验 |
2.1.2 CFD在研究城市流体动力学中的兴起 |
2.2 CFD数值计算湍流模型 |
2.2.1 RANS在城市通风中的应用 |
2.2.2 LES大涡模拟在城市通风中的应用 |
2.2.3 RANS与 LES比较 |
3 城市通风空气热污染物研究现状 |
3.1 城市街区峡谷空气热污染物研究现状 |
3.1.1 街区峡谷概念界定 |
3.1.2 对称型街区峡谷的研究现状 |
3.1.3 风向对街区峡谷流动结构影响 |
3.1.4 热效应对街区峡谷通风的影响 |
3.2 城市空气污染物耦合化学反应研究现状 |
3.2.1 城市空气污染物化学反应 |
3.2.2 城市大气化学反应类别 |
3.2.2.1 NOx-O_3 化学反应相互作用 |
3.2.2.2 HOx相互作用过程 |
3.2.3 基于CFD城市街区污染物光化学反应研究现状 |
3.2.3.1 街区峡谷基本NOx-O_3化学耦合 |
3.2.3.2 街区峡谷复杂NOx-O_3化学耦合 |
3.2.4 城市空气污染物耦合化学反应研究动机 |
3.3 城市下垫面结构对城市热岛效应的影响研究现状 |
3.3.1 城市热岛研究现状 |
3.3.2 沿海城市下垫面结构对城市热岛影响 |
3.3.3 内陆城市下垫面结构对城市热岛影响 |
4 城市街区峡谷热质输运特性研究 |
4.1 引言 |
4.2 街区峡谷物理及数学模型 |
4.2.1 街区峡谷模型的物理描述 |
4.2.2 街区峡谷模型边界条件设置 |
4.2.3 数值计算实现及输运函数引入 |
4.3 数值模型验证 |
4.4 数值计算结果分析 |
4.4.1 Re和 Gr对城市街区峡谷环境的影响 |
4.4.2 ACR、HRR和 PRR对城市街区峡谷环境的影响 |
4.5 本章小结 |
5 城市街区光化学反应下污染物分布特性研究 |
5.1 引言 |
5.2 数值计算模型 |
5.2.1 CFD模拟数学描述 |
5.2.2 CFD模型初始化和边界条件 |
5.2.3 CFD模型耦合大气化学过程 |
5.3 数值计算模型验证 |
5.4 光化学反应下街区污染物分布数值模拟结果 |
5.4.1 交通尾气污染物浓度的影响 |
5.4.2 各个街区峡谷中污染物的扩散特性 |
5.4.3 交通尾气不同释放位置影响分析 |
5.5 本章小结 |
6 城市热岛环流与湖风环流耦合特性研究 |
6.1 引言 |
6.2 观测实验 |
6.2.1 典型内陆湖城市武汉湖泊水体结构 |
6.2.2 武汉空气热环境观测实验研究 |
6.3 城市热岛湖风环流数值模型 |
6.3.1 数值模型描述 |
6.3.2 建立多尺度城市热岛湖风环流方法 |
6.3.3 城市热岛湖风环流模型物理描述 |
6.4 湖风环流数值模型验证 |
6.5 数值结果分析 |
6.5.1 城-湖中心距离的影响 |
6.5.1.1 逆变换分析 |
6.5.2 湖面直径及热通量的影响 |
6.6 本章小结 |
7 总结与展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 展望 |
参考文献 |
附录1 攻读博士学位期间取得的科研成果 |
附录2 攻读博士学位期间参加的主要科研工作 |
致谢 |
(7)基于多尺度耦合模式的风电场流动及运行特性数值模拟研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
术语表 |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景和意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 风电场微尺度数值模拟研究 |
1.2.2 风电场中尺度数值模拟研究 |
1.2.3 风电场多尺度耦合数值模拟研究 |
1.3 目前研究存在的问题 |
1.4 本文的主要研究内容 |
第2章 多尺度风场数值模拟方法及模型 |
2.1 前言 |
2.2 微尺度CFD数值模拟框架 |
2.2.1 大涡模拟控制方程 |
2.2.2 致动线模型 |
2.2.3 风力机转矩控制方法 |
2.2.4 风力机变桨距控制方法 |
2.3 中尺度数值模拟框架 |
2.3.1 WRF模式概述 |
2.3.2 控制方程 |
2.3.3 风场参数化方法 |
2.4 本章小结 |
第3章 动态入流条件下风力机运行控制的微尺度模拟研究 |
3.1 前言 |
3.2 动态入流边界条件的生成方法 |
3.2.1 入口平均速度的生成方法 |
3.2.2 入口脉动速度的生成方法 |
3.3 动态入流条件下风力机运行响应特性的数值模拟 |
3.3.1 计算工况介绍 |
3.3.2 网格无关性检验 |
3.3.3 动态入流速度波动周期对模拟结果的影响分析 |
3.3.4 转速的响应分析 |
3.3.5 转矩的响应分析 |
3.3.6 功率的响应分析 |
3.4 动态入流条件下尾流干涉对风力机运行特性的影响研究 |
3.4.1 计算工况介绍 |
3.4.2 下游不同轴向位置的风力机运行特性受尾流干涉的影响分析 |
3.4.3 不同轴向间距下风力机运行特性受尾流干涉的影响分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 平坦地形条件下风电场布局优化的CFD模拟研究 |
4.1 前言 |
4.2 计算工况 |
4.2.1 工况设计及计算域网格划分 |
4.2.2 计算设置详情 |
4.3 风电场尾迹特性分析 |
4.3.1 风电场尾迹分析 |
4.3.2 速度亏损定量分析 |
4.4 风电场湍流特性分析 |
4.4.1 风电场湍流强度对比 |
4.4.2 风电场涡结构对比 |
4.5 风力机转速亏损分析 |
4.6 风力机轴向推力分析 |
4.7 风场功率输出分析 |
4.7.1 风电场功率输出结果对比 |
4.7.2 风电场布局对功率输出影响的定量评估 |
4.8 本章小结 |
第5章 基于中尺度气象模式的风场数值模拟研究 |
5.1 前言 |
5.2 计算工况 |
5.2.1 模拟对象简介 |
5.2.2 WRF模型配置 |
5.3 数值结果的验证 |
5.3.1 风速模拟结果的验证 |
5.3.2 风向模拟结果的验证 |
5.4 风电场内风力机尾迹特性分析 |
5.4.1 水平分辨率对风电场内尾迹模拟结果的敏感性分析 |
5.4.2 不同风向下风电场内尾迹特性分析 |
5.5 风电场功率分析 |
5.5.1 风电场功率模拟结果验证 |
5.5.2 不同风向下风电场功率输出特性分析 |
5.6 风电场对大气边界层的影响 |
5.6.1 风电场对大气边界层风速的影响 |
5.6.2 风电场对大气边界层温度的影响 |
5.7 本章小结 |
第6章 基于多尺度耦合模式的复杂地形风电场数值模拟研究 |
6.1 前言 |
6.2 计算工况 |
6.2.1 计算域及网格划分 |
6.2.2 计算设置详情 |
6.3 数值计算结果的验证与对比 |
6.4 风电场尾流干涉特性分析 |
6.4.1 中尺度与多尺度耦合模式风电场尾流模拟结果的对比 |
6.4.2 风电场尾流干涉特性分析 |
6.5 地形对风电场流动及风力机运行的影响分析 |
6.5.1 风力机布置在山坡上风向 |
6.5.2 风力机布置在山坡顶上 |
6.5.3 风力机布置在山坡下风向 |
6.6 不同入流风速条件下风电场流场及风力机运行特性的模拟分析 |
6.6.1 入流条件的设置 |
6.6.2 不同入流风速条件下风电场流场特性分析 |
6.6.3 不同入流风速条件下风电场风力机运行特性分析 |
6.7 本章小结 |
第7章 全文总结与展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 本文的创新点 |
7.3 工作展望 |
参考文献 |
作者简介 |
(8)大气污染扩散模式AERMOD和CALPUFF的比较与应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景、目的及意义 |
1.2 研究现状 |
1.3 研究目标、内容及方法 |
1.3.1 研究目标 |
1.3.2 研究内容 |
1.3.3 研究方法 |
第2章 大气污染扩散模式介绍 |
2.1 AERMOD模式系统介绍 |
2.1.1 气象前处理模块AERMET |
2.1.2 地形前处理模块AERMAP |
2.1.3 污染扩散模块AERMOD |
2.1.4 AERMOD运行流程 |
2.2 CALPUFF模式系统介绍 |
2.2.1 CALPUFF模式流程 |
2.2.2 气象预处理模块CALMET |
2.2.3 污染扩散模块CALPUFF |
2.2.4 后处理模块CALPOST |
第3章 中尺度气象模式WRF |
3.1 中尺度气象模式WRF系统组成 |
3.1.1 WRF前处理模块—WPS模块 |
3.1.2 WRF主模块—ARW模块 |
3.2 中尺度气象模式WRF理论介绍 |
3.2.1 WRF模式理论 |
3.2.2 WRF模式的参数化方案 |
第4章 WRF-CALPUFF耦合模式模拟 |
4.1 模拟方法 |
4.2 模型参数及配置 |
4.2.1 WRF模型参数 |
4.2.2 CALMET气象前处理程序模型参数 |
4.2.3 CALPUFF污染扩散模块参数 |
4.2.4 CALPOST后处理模块参数设置 |
4.3 模拟区域及结果可视化输出 |
第5章 AERMOD模式模拟 |
5.1 模拟方法 |
5.2 模拟参数及设置 |
5.2.1 AERMAP地形前处理程序设置 |
5.2.2 AERMET气象前处理程序设置 |
5.2.3 AERMOD污染扩散模块参数 |
5.3 模拟区域结果可视化输出 |
第6章 模式模拟对比研究 |
6.1 模拟值与监测值的对比分析 |
6.2 气象因素对污染物分布的影响 |
6.2.1 边界层高度 |
6.2.2 风场分布特征 |
6.2.3 温度场分析 |
6.3 严重污染日污染物浓度变化 |
第7章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
(9)城市建筑群分布非均一性对风环境影响研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
符号表 |
第1章 绪论 |
1.1 课题来源及研究背景 |
1.1.1 城市建筑群的非均一特性及影响 |
1.1.2 城市热环境的风环境因素 |
1.1.3 城市建筑群影响的研究尺度和方法 |
1.2 研究的目的及意义 |
1.3 国内外在相关领域的研究现状及分析 |
1.3.1 城市气候及城市热环境 |
1.3.2 城市建筑群非均一性影响的多尺度探讨 |
1.3.3 非均一建筑群的拖曳作用 |
1.4 城市建筑群对风环境影响的研究总结 |
1.5 本文的主要研究内容 |
第2章 建筑群非均一性的形态参数化方法建立 |
2.1 城市建筑群形态特征 |
2.1.1 城市建筑群和建筑几何特征 |
2.1.2 以道路网结构分辨建筑群布局 |
2.2 建筑物对风的流动影响分析 |
2.2.1 单体建筑钝体绕流的拖曳力系数分析 |
2.2.2 风流过建筑群的作用机理探讨 |
2.3 建筑群形态参数方法的建立 |
2.3.1 建筑物迎风面积及平面面积 |
2.3.2 建筑高度和来流风向 |
2.3.3 建筑形状 |
2.3.4 建筑布局 |
2.3.5 形态参数汇总及界定 |
2.4 本章小结 |
第3章 简单建筑群廊道风的机理研究 |
3.1 廊道风流动的探讨 |
3.2 建筑群廊道模型建立及模拟设置 |
3.2.1 建筑群廊道模型 |
3.2.2 数值模拟设置及精度探讨 |
3.2.3 模拟结果验证 |
3.3 简单建筑群廊道风环境特性 |
3.4 简单建筑群廊道风机理研究 |
3.4.1 廊道中的放大系数分布分析 |
3.4.2 廊道各过流断面上流量分配分析 |
3.4.3 廊道建筑群对来流的衰减作用分析 |
3.5 简单建筑群廊道风的估算及界定 |
3.6 本章小结 |
第4章 非均一建筑群影响风流动特性的风洞实验 |
4.1 风洞实验测量方案及设备 |
4.1.1 大气边界层风洞简介 |
4.1.2 拖曳力间接测量的风洞实验方案 |
4.1.3 准二维风场测量的风洞实验方案及设备开发 |
4.2 风洞实验概要 |
4.2.1 模型及工况 |
4.2.2 实施及步骤 |
4.3 实验结果分析总述 |
4.3.1 实验稳定性分析 |
4.3.2 拖曳力系数的误差分析 |
4.3.3 风速无关验证 |
4.3.4 空间平均风速测量位置无关的验证 |
4.4 形态参数的影响分析 |
4.4.1 建筑群的粗糙特性 |
4.4.2 受非均一建筑群影响的流动廓线特性 |
4.4.3 建筑表面风压特性 |
4.5 本章小结 |
第5章 基于表面压力测量的建筑群拖曳力估算方法 |
5.1 全列模块表面压力测量结果分析 |
5.1.1 指导风速变化对拖曳作用分布的影响 |
5.1.2 形态参数变化对拖曳作用分布的影响 |
5.1.3 单体拖曳力系数沿风向分布规律总结 |
5.2 三模块表面压力测量结果分析 |
5.2.1 三模块测压比拟全列测压方法的可行性分析 |
5.2.2 三模块测压结果分析 |
5.3 基于表面压力测量的建筑群整体拖曳力估算方法 |
5.3.1 三模块测压与全列测压结果差异分析 |
5.3.2 由全列测压数据确定三模块测压拟合曲线 |
5.4 利用压力测量获得建筑群拖曳力方法的评价 |
5.5 本章小结 |
第6章 非均一建筑群风环境特性及参数化模型 |
6.1 建筑形状的影响 |
6.1.1 建筑形状变化对流动的影响 |
6.1.2 建筑形状变化对拖曳作用的影响 |
6.1.3 建筑形状变化对表面压力差分布的影响 |
6.2 建筑群布局的影响 |
6.2.1 建筑群布局变化对流动的影响 |
6.2.2 建筑群布局变化对拖曳作用的影响 |
6.2.3 建筑群布局变化对表面压力差分布的影响 |
6.3 基于形态特性的非均一建筑群参数化模型 |
6.3.1 非均一建筑群拖曳力系数的形态参数模型 |
6.3.2 基于形态参数方法的粗糙特性模型 |
6.3.3 形态参数模型适用性及评价 |
6.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
(10)同化极轨卫星陆地产品对改善陆面模式模拟效果研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究目的与意义 |
1.2 国内外研究进展 |
1.2.1 主要陆面模式简介 |
1.2.2 同化方法 |
1.2.3 极轨卫星陆面产品 |
1.3 问题的提出 |
1.4 研究目标及研究内容 |
1.5 技术路线 |
参考文献 |
第二章 研究资料与研究方法 |
2.1 研究资料 |
2.1.1 MODIS collection 5地表类型 |
2.1.2 UMD-AVHRR地表类型 |
2.1.3 MODIS-BRDF(MCD43C3)地表反照率 |
2.1.4 AVHRR植被覆盖率 |
2.1.5 SMOPS-Blended土壤湿度产品 |
2.1.6 中国气象局相对土壤湿度观测资料 |
2.1.7 SURFRAD辐射观测资料 |
2.1.8 SCAN观测资料 |
2.1.9 Global Land Data Assimilation System(GLDAS) |
2.1.10 Global Data Assimilation System(GDAS) |
2.2 研究方法 |
2.2.1 相关性分析 |
2.2.2 均方根误差 |
参考文献 |
第三章 模式简介 |
3.1 Land Information System |
3.2 Noah陆面模型 |
3.3 Common Land Model(CoLM) |
3.4 Mosaic模型 |
3.5 模拟个例设置 |
参考文献 |
第四章 集合卡曼滤波(EnKF)集合尺度最优化分析 |
4.1 卡曼矩阵 |
4.2 集合卡曼滤及其最优化集合尺度 |
4.3 个例验证 |
4.4 本章小结 |
参考文献 |
第五章 地表类型改变对根层土壤湿度影响研究 |
5.1 MODIS和AVHRR地表类型对比分析 |
5.2 不同地表类型条件对陆面模式模拟影响 |
5.3 地表类型改变对根层土壤湿度影响 |
5.4 讨论 |
5.5 本章小结 |
参考文献 |
第六章 实时地表反照率和GVF对改善陆面模式模拟研究 |
6.1 结果分析 |
6.1.1 实时和气候态植被覆盖率/地表反照率对比分析 |
6.1.2 实时GVF/地表反照率对模式模拟结果影响 |
6.1.3 模式模拟改善评估 |
6.2 讨论 |
6.3 本章小结 |
参考文献 |
第七章 同化SMOPS-Blended土壤湿度产品对模式改善研究 |
7.1 结果分析 |
7.2 讨论 |
7.3 本章小结 |
参考文献 |
第八章 卫星土壤湿度产品质量控制及其对数据同化效果影响 |
8.1 质量控制 |
8.2 结果分析 |
8.3 小结 |
参考文献 |
第九章 结论及展望 |
9.1 主要结论 |
9.2 特色与创新之处 |
9.3 论文不足之处及展望 |
博士期间主要获奖情况 |
博士期间主持及参加项目情况 |
博士期间参加学术活动情况 |
博士期间发表论文情况 |
致谢 |
四、EXPERIMENT ON THE FORECAST OF CHARACTERISTIC QUANTITIES OF ATMOSPHERIC TURBULENCE BY MESOSCALE MODEL MM5(论文参考文献)
- [1]大气光学湍流廓线估算中的外尺度参数化方法研究[D]. 吴骕. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [2]大气边界层高度观测与模式模拟方法的研究[D]. 乔秉钦. 中国科学技术大学, 2021(08)
- [3]风电场尾流效应及其对大气环境影响的中尺度数值模拟研究[D]. 王强. 浙江大学, 2020(07)
- [4]河套周边地区云量精细化预报方法研究[D]. 杜晖. 兰州大学, 2020(01)
- [5]基于中/小尺度耦合大跨度航站楼屋盖台风致风荷载及风振响应分析[D]. 朱容宽. 南京航空航天大学, 2020(07)
- [6]城市通风空气热污染物输运与动力学特性[D]. 刘呈威. 武汉大学, 2019
- [7]基于多尺度耦合模式的风电场流动及运行特性数值模拟研究[D]. 袁仁育. 浙江大学, 2018(01)
- [8]大气污染扩散模式AERMOD和CALPUFF的比较与应用研究[D]. 富浩华. 东北大学, 2017
- [9]城市建筑群分布非均一性对风环境影响研究[D]. 李彪. 哈尔滨工业大学, 2016(01)
- [10]同化极轨卫星陆地产品对改善陆面模式模拟效果研究[D]. 尹继福. 南京信息工程大学, 2015(12)