桥址峡谷地貌风场特性的CFD模拟

对峡谷地貌上的大跨度桥梁而言,其桥址周围风场特性的确定可能非常困难.本文首先从Google Earth得到桥址附近大范围区域的地形图,然后借助Autocad获得区域内离散点的高程数据,再通过逆向工程软件Imageware拟合出桥址周围地形曲面.通过形成以该曲面为底面的计算域并实施网格划分,采用雷诺时均N-S方程和标准k-ε湍流模型,数值模拟了不同来流条件下计算域内的流动特征,获得了桥址附近不同位置处的风场数据,再现了峡谷地貌上的气流运动,为大跨度桥梁抗风研究提供了重要的风场参数.     

不同精度地形数据对面源在不同地形条件下大气预测的影响

【目的】在使用AERMOD模式进行复杂地形区域大气预测时,控制气象条件与污染源源强等参数相同,采用分辨率更高的DEM地形数据可使得预测结果更加精确。【方法】设置气象条件相同,对于同一无组织面源,在复杂山地、复杂河谷2种地形条件下分别进行不添加地形数据、添加90 m×90 m精度地形数据、添加30 m×30 m精度地形数据的大气预测。【结果】在复杂山地地形条件下,不添加地形数据、添加90 m×90 m精度地形数据下预测结果与添加30 m×30 m精度地形数据下最优预测结果相关性分别为24.0%与52.4%;在复杂河谷地形条件下,不添加地形数据、添加90 m×90 m精度地形数据下预测结果与添加30 m×30m精度地形数据下最优预测结果相关性分别为48.7%与89.3%。【结论】在使用AERMOD模式进行大气预测时,若面源为复杂山地地形,建议采用30 m×30 m精度地形数据,以提升预测结果的准确性。     

基于贝叶斯最大熵的多因子空间属性预测新方法

为了在空间数据预测时充分利用样点和环境数据,提出了在贝叶斯最大熵方法框架下将经典地统计方法与环境相关法结果融合、利用多源数进行空间预测的新方法;并以湖北省京山县土壤有机质含量为例,验证该方法的可行性.以由数字高程模型(digital elevation model,DEM)生成的各种相关地形因子作为环境数据,并分为密集建模集Ⅰ(330个样点)和稀疏建模集Ⅱ(100个样点),分别用普通克里金法和本文所提方法进行土壤有机质空间预测,用预留的50个样点进行精度分析.结果表明:本文所提方法的预测精度较普通克里金法的高,其Ⅰ和Ⅱ2组建模集精度分别提高了10.95%和22.72%,特别在样点较稀疏时,在相关环境因子的辅助下,精度提高幅度更大.说明将经典地统计方法与环境相关法结果相融合的多因子空间属性预测方法使预测结果既能体现样点的空间自相关,又能体现被预测属性与其他属性间的相关性.     

基于地形分类的黄土丘陵区土壤有机质插值方法

黄土丘陵山区地形复杂,耕地细碎,采样点密度不足,因此研究适宜该区域的空间插值方法具有重要意义.以山西省偏关县为研究区,基于数字高程模型(digital elevation model,简称DEM)数据生成地形因子,依据地形因子将研究区划分为不同地形单元,利用Kriging插值法对各地形单元进行分层插值,通过叠加不同地形单元的插值结果,得到全区域的土壤有机质含量空间分布,并利用均方根误差和决定系数评价空间插值方法的预测精度.结果表明,采用划分地形单元分层克里金(Kriging)插值法得到的预测值与实测值的决定系数为0.3753,明显高于全局插值法;均方根误差精度高于全局插值法,预测值无偏性好.因此,基于地形单元的空间插值方法可以更精确有效地获取土壤有机质空间分布特征,为复杂山区低密度采样下的耕地质量调查与评价提供技术参考.     

郑州与洛阳市区风环境特征比较研究

为探究市区尺度下平原城市与盆地城市风环境特征,基于世界气候网站发布的全球高分辨率风场数据,运用ArcGIS软件对地处相同纬度的郑州、洛阳市区风场进行量测分析,利用相关性分析探讨市区风速与高程的关系。结果表明,平原城市郑州最高平均风速为2.4 m·s~(-1),盆地城市洛阳为2.1m·s~(-1);平原城市与盆地城市风场均出现圈层式结构,郑州(651.35 km~2)为4层,洛阳(240.51 km~2)为2层,风场圈层式结构在冬、春季(11月～次年4月)表现更为明显;郑州市区全年平均风速与高程均呈正相关关系,洛阳市区在2月、6月和12月平均风速与高程存在负相关关系,其余月份风速与高程呈正相关关系。郑州、洛阳市区风场整体呈增加―降低―最低―增加―降低的趋势,郑州市区风速变化频率高于洛阳市区;盆地城市风速与高程的关系表现出季节性,风场圈层式结构与地形密切相关;城区规模和建筑高度是影响平原城市风场圈层式结构的主要因素。     

利用DEM数据分析山区气温

论述一种依据DEM数据,利用GIS手段,对多个观测站数据内插后的气温分布进行进一步的校正,使之符合于地形影响下的地表气温分布状况。这一校正在地形起伏变化大的山区,效果较为明显,     

基于小型无人机风场的水稻花粉分布规律

无人机水稻授粉作业时,旋翼产生的风场对水稻花粉分布影响显著,直接关系到杂交水稻的制种质量,为了找出小型无人机旋翼风场下的水稻花粉分布规律,该文利用航空用北斗系统UB351定位采样点坐标,精确掌握各个采样点的位置坐标与间距,并利用该系统绘制无人机飞行轨迹,为试验提供准确的数据参考;利用风场无线网络测量系统测量不同试验因素下旋翼产生的三向风场,并获得风场宽度、风速等,最后通过与无人机授粉作业的花粉分布面积比、花粉分布宽度作对比联系,并利用Shapiro-Wilk、KolmogorovSmimov统计量进行一元正态性检验。为了能够根据花粉分布趋势优选出适宜的无人机授粉作业飞行速度,回归模型的方差分析也是必要的。结果表明:通过比较x、y方向风速值,无人机旋翼产生的水平风场以y方向为主,且y方向风场宽度最宽,同时飞行速度为风场宽度的主要影响因素,其中水平风场宽度随无人机飞行速度的增大而减小,同时无人机的飞行速度也对垂直风场影响明显;无人机以4.53m/s飞行时,大于5粒的花粉分布宽度和花粉分布面积比均最大,该飞行速度最利于花粉授粉,也说明花粉分布量不仅受水平风场影响也与垂直风场密切相关。对比1#~10#采样点花粉量与11#~20#采样点花粉量,无人机授粉作业下旋翼产生的风场对花粉分布的影响呈非对称性。利用spss软件的Q-Q图检验得到无人机风场下的花粉分布不服从正态分布。通过建立花粉分布量与各自方向风速之间的多元线性回归模型,花粉分布量只与无人机旋翼产生的x方向风场成正向线性关系。该结果为农用无人机的水稻授粉作业提供了理论指导依据。     

基于压缩感知的农情监测节点稀疏采样决策方法

将压缩感知应用于农情监测节点的稀疏采样,能够有效减少数据冗余和能耗,而如何甄选测量矩阵、稀疏基和重构算法,是实现节点稀疏采样和数据收集质量控制的关键。系统分析了基于压缩感知的单节点稀疏采样与重构方法,设计了基于压缩感知的农情监测节点稀疏采样决策系统功能架构,阐述了Python语言环境下系统的实现技术与效果。系统初步应用表明,对于30d连续监测、采样间隔为15min的花卉植株茎流、土壤湿度数据的压缩感知,宜选择固定采样率,测量矩阵、稀疏基、重构算法分别选取周期测量矩阵、差分矩阵和SL0算法,每2～10d重构一次数据可实现数据恢复代价与精度的良好折衷。     

超大跨屋面结构风速时程的数值模拟研究

基于自然风的特性,采用AR模型(自回归模型)模拟具有时间和空间相关性的随机风速时程,并对Whittle递推算法进行了改进,用于求解回归系数矩阵,编制了相应的风速时程模拟程序.算例表明:该法计算效率高,所编制程序可用于超大跨结构复杂屋面随机风场模拟.另外,通过对AR模型有关参数的分析讨论知:对于Davenport谱,兼顾精度和效率,时间步长取0.1 s左右、截取频率上限取5～8 Hz比较适宜.     

复杂地形下风场插值与林火蔓延模拟应用研究

山区地形复杂多变,风场随地形而变化,作为影响林火蔓延的主要因素,风场数据的准确程度将直接影响山地林火蔓延预测的结果。选择同时考虑地形起伏变化和距离作为主要因子的风场插值方法,设计并开发实现风场插值功能,并与基于空间距离的传统反距离权重(IDW)插值方法进行了比较研究。通过实验验证表明,所实现的基于地形起伏的风场插值方法对山区风场的模拟更接近实际;利用该方法的插值结果输入林火蔓延模拟,模拟的火场形状与实际范围具有更高的相似度。     

梅县酸雨观测分析

分析2007—2011年梅县气象观测站的酸雨观测数据,显示降水年平均pH值为4.70⁵.00,5年降水总体呈弱酸性。K值分析表明降水洁净程度较差。梅县酸雨形成主要因素是周边大气污染、地形地势、亚热带季风气候特征、常年风速较小。酸雨污染的加重显示了城市发展带来的大气污染问题日益严重。     

基于三维激光扫描的山区地形无靶标拼接可行性研究

目前,随着地面三维激光扫描技术的日渐成熟,其应用面也越来越广,已经向山区等地形复杂地区发展。三维激光扫描技术快速而且能够保证精度,但由于山区地形的特殊性,很多情况下不适合架设数量众多的靶标用于拼接。本文结合工程实际,采用无靶标的形式进行站间拼接,结合拼接后所采集的特征点对比实测数据,分析其精度,阐明该方法的可行性,并说明该方法适用范围和存在的局限。     

地面观测资料特征的初步分析

从分析常规地面观测资料的特点入手,研究我国地面观测站的分布特点,分析模式地形与站点地形高度误差的差异程度.结果表明,我国2 872个地面观测站点在全国范围内分布不均匀,大体上呈东多西少的分布;大部分观测站点分布在站点高度低于500 m的、土地面积仅占国土面积约27.0％的地区;站点地形和模式地形存在高度误差,绝大多数站点的模式地形高于站点地形,所有观测站与模式地形的高度误差均值为130.76 m,有的站点的差值达1000m以上;模式地形与站点地形的高度差异程度分布很不均匀;根据Ruggie-ro同化方案,对地面观测资料进行初步筛选,不到40.0％的观测资料进入模式底层,导致地面观测资料利用率较低.     

当金山地区风能资源评估及成因分析

利用当金山南侧测风塔2006年10月~2007年9月一个完整年逐时的风塔气象观测资料,用统计学方法计算、分析了该地区的风速及风能的变化特征,并与河西走廊地区风场作比较。结果表明,当金山地区风速、风能具有明显的季节性变化,冬季风速较小,风向不稳定,风功率密度较小;夏季风速高、风向稳定、风功率密度大等特点。与河西走廊地区的风能季节变化基本相反,这是由于当金山南侧测风塔地区所处的局地地形和青藏高原的背景场特点所决定的。综合考虑该地区的风能资源分布,建议在此处建立的风电场冬季可以停止运行。     

NCEP/NCAR再分析温度·位势高度和风速场资料在上对流层/下平流层的适用性评估

利用全球169个探空站资料检验NCEP/NCAR再分析资料,分析全球（主要是陆地地区）上对流层互下平流层位势高度、温度以及风速场标准误差的分布特征。结果表明,再分析风速场资料标准误差分布主要受急流区的影响,在急流区与实际风场存在明显的差异;并且风速场标准误差的分布具有明显的冬夏季节差异,在海岸线附近平均偏差较大;再分析位势高度、温度场的标准误差高值区主要集中在东半球低纬地区（印度洋沿岸）,标准误差分布与其平均偏差分布基本一致,所以标准误差可以由平均偏差很好的解释;再分析温度、位势高度资料内陆地区标准误差偏低,高值区主要沿海岸线分布,风速场平均误差在海岸线附近比较大,这与探空站数据的质量地区差异及陆地观测站密集、海洋观测站较少密切相关。     

四川省布拖县风能资源局地调查评估

采用四川省布拖县2012年1月1日-2012年12月31日期间的A和B测风70m和10m高度实测逐时数据,通过布拖县气象站1981-2010年间的逐时风速观测数据,用长年代法进行订正和推算,对该研究区域风能资源参数进行计算.结果表明:A测风塔区域10m高度风能资源应用于并网风力发电为"好"的等级,B测风塔区域70m和10m高度分别为"好"和"很好"的等级,具有较好开发潜力,且风能和风向较为集中,有利于风机布设.测风塔地处高海拔地形较为平坦的山脊地带,临近公路,不占用耕地,气候较为温和,利于风电场修建.     

基于二维模式复杂度的DEM地形复杂研究

阐述了已有各地形复杂度描述因子的基础上,提出基于二维模式复杂度的栅格DEM地形复杂度因子的计算方法。计算陕西丘陵地区1：527DEM的结果表明,该方法可以有效地描述地表复杂地形的分布情况。     

探地雷达根系数据的PSO-SA-OMP压缩重构方法

针对根系探地雷达数据重构中计算复杂和准确率低的问题,提出粒子群(PSO)与模拟退火(SA)相结合的正交匹配追踪(OMP)优化算法。首先,由Gabor原子对信号进行稀疏表示,建立求解空间;然后,以匹配函数为适应度,通过PSO算法求出匹配函数的最佳适应度值,找出可行解原子,再利用SA算法对PSO极值进行退温搜索,得出全局最优原子;最后,利用最优原子完成根系稀疏数据的重构。对A-scan数据和B-scan数据进行实验,结果表明,PSO-SA-OMP算法比传统OMP算法的计算时间减少了10.471 s和20.260 s,均方误差减小了1.225,信噪比提高了5.539 d B。     

单旋翼油动无人施药直升机悬停状态下风场下洗气流分布规律研究

无人施药直升机,具有机动灵活、无需专用起降场地、对飞行空域要求低等优点,在我国航空植保中已经初步得到应用。相关文献中通过实验证明,单旋翼无人直升机施药装备进行水稻、玉米等病虫害的防治,在旋翼产生的下洗气流的辅助作用下,药液的沉积率和穿透率都大大提高,尤其是在水稻生长分蘖期和玉米生长穗期(封行)以后,防效优于常规地面机具。风场的有效覆盖范围、下洗气流风速的大小,对机载施药装备的装配布局以及施药效果有着直接的影响。该文采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD),对油动单旋翼直升机悬停状态时5、6、7m高度下的旋翼所产生的风场进行了模拟分析,重点研究了风场中对农药喷洒作业过程中主要影响雾滴沉积分布的下洗气流分布规律,并设计了一套农用无人机风场测量装备,并以单旋翼油动无人机为测试对象,对旋翼产生的风场进行了测试验证。试验中,将无人机升至距离地面5、6和7m,采用"米-环形放射状布点法",纵向(Z轴向)、径向(从原点O至与Z轴垂直面上的测量点)均以主旋翼中轴和地面相交处为圆心、0.5m为一步长,径向以45°夹角分隔测量8个方向,垂直向和径向布置测量点,测量范围以主旋翼中轴为圆心、旋翼旋转覆盖面为主。以5m高度时风场下洗气流风速数据为例进行了充分讨论,模拟结果和试验测量结果显示:随着高度的增大同一纵向剖面上风速变化总体趋势是由大变小再迅速变大,并在1m左右高度处出现下洗气流风速极小值区间,在2m左右高度处出现下洗气流风速值极大值区间;随着径向距离的增加同一径向上风速变化总体趋势是先由小变大,再由大变小,下洗气流最大测量值为11.37m/s,风速值较大区间为径向0.5~1.5m之间;接近地面(高度0.5m处)的风速变化规律不明显。对8个方向5个测量高度的试验数据进行标准差对比,结果表明标准差总体不大于0.6m/s;以测量数据为依据,计算了模拟数据与测量数据间的误差,结果表明整体最大相对误差限介于0.3~0.7之间,验证了模拟数据的可信度;结合模拟数据和实验测量数据,采用高次多项式拟合,测量高度超过1m以上时,多项式拟合决定系数R2达到或超过0.75,说明拟合方程具有参考价值,0.5m以下测量高度,多项式拟合决定系数R2值较小,介于0.4~0.7之间不等。研究将为单旋翼无人机航空施药提供优化依据。     

修正烟团轨迹模式在区域大气环境风险模拟中的应用研究(英文)

[目的]研究修正烟团轨迹模式在区域大气环境风险模拟中的应用。[方法]分析了城市区域尺度大气污染扩散的烟团轨迹模式原理,同时,以青藏高原典型河谷城市西宁市为研究对象,将经修正的烟团轨迹模式——CALPUFF应用于西宁市大气环境风险预测。[结果]简单的烟团轨迹模式对污染物长距离输送或在复杂地形、流场模拟中难以满足,而CALPUFF能较好的应用于城市区域尺度及复杂地形和下垫面条件下,模式具有较高的分辨率,能清楚描绘出污染物输送与扩散的初始状况和细致分布。在青藏高原典型河谷城市西宁市大气环境风险预测中,西宁低空风场典型表现为湟水河谷盛行西北风,北川河谷则多为偏北风,同时高空出现逆温层结,以上典型气象条件对污染源下风方的西宁市区影响最重。模拟结果表现出烟团主要沿湟水河谷扩散,并出现山体对烟团的阻碍效应、烟团因流场在山脊处出现形变以及山谷风环流影响等非定常扩散现象,扩散轨迹符合复杂地形下流场影响的特征和规律。[结论]该研究结果对准确预估大气环境风险事件在复杂地形城市中的扩散特征、影响范围及程度具有重要意义。