陆气相互作用中普通双源模型与ALEXI模型的比较
陆气相互作用及陆面模式的研究进展
陆气相互作用及陆面模式的研究进展
陈海山, 孙照渤
( 南京气象学院 气象灾害和环境变化重点开放实验室, 江苏 南京 210044)
摘 要: 较为全面地回顾了有关陆气相互作用的研究进展及陆面模式的发展现状, 结 合近年来开展的有关陆气相互作用的 20 多个大型国际研究计划和目前国内外具有 代表性的陆面模式, 分析了当前陆气相互作用及陆面模式研究中存在并有待进一步 解决的问题, 探讨了未来陆面模式的发展趋势。 关键词: 陆气相互作用; 陆面模式; 研究进展 中图分类号: P 461 文献标识码: A 早在 1974 年, 世界气象组织 (WM O ) 和国际科联 ( ICSU ) 就提出了气候系统的概念, 约占 地球表面三分之一的陆地, 是气候系统重要而最为复杂的组成部分, 发生于陆面的各种过程对 气候、 环境均具有显著的影响。1984 年WM O 和 ICSU 公布的世界气候研究计划 (W CR P ) , 强 调了陆气相互作用及陆面过程研究的重要性。 近年来, 陆面过程及其与气候的相互作用引起了 人类社会的普遍关注, 并逐渐成为了一个重要的科学研究领域。 然而, 由于陆面观测资料的缺乏和陆面过程的复杂性, 陆面过程的研究一直落后于诸如海 气相互作用的研究。20 世纪 80 年代中后期, 水文—大气试点试验 (HA PEX ) 、 全球能量和水循 ( ) ( ) 环试验 GEW EX 、 国际卫星—陆面—云研究计划 ISL SCP 、 国际地圈—生物圈研究计划 ( IGB P ) 等一系列大型陆面外场观测试验和研究计划的实施, 为陆气相互作用的发展提供了条 件, 使陆气相互作用的研究有了新的突破, 人们对陆气相互作用也有了新的认识。 本文将从陆面过程的敏感性研究、 观测研究、 陆面模式的发展三个方面, 对这一领域的研 究工作进行较为系统的总结, 在全面了解陆面过程研究现状的基础上, 来探讨其中存在的问题 和未来的发展趋势。
CFD 计算对计算网格有特殊的要求
CFD 计算对计算网格有特殊的要求，一是考虑到近壁粘性效应采用较密的贴体网格，二是网格的疏密程度与流场参数的变化梯度大体一致。
对于面网格，可以设置平行于给定边的边界层网格，可以指定第二层与第一层的间距比，及总的层数。
对于体网格，也可以设置垂直于壁面方向的边界层，从而可以划分出高质量的贴体网格。
而其它通用的CAE 前处理器主要是根据结构强度分析的需要而设计的，在结构分析中不存在边界层问题，因而采用这种工具生成的网格难以满足CFD 计算要求，而Gambit 软件解决了这个特殊要求。
如果先在一条边上画密网格再在之上画边界层，边界层与网格能很好的对应起来如果直接在一条边上画边界层，则边界层横向之间的距离很宽怎么设置边界层横向之间的距离，即不用先画网格也能画出横向距离很密的边界层来？在划分边界层网格之前，用粘性网格间距计算器，计算出想要的y+值对应的第一层网格高度；第一层高度出来之后，关于网格的纵横向网格间距之比，也就是边界层第一层网格高度与横向间距之比，大概在1/sqrt(Re)，最为适宜；先在你要划边界层网格的边上划分线网格，然后再划分边界层。
gambit本人也用了一段时间，六面体网格四面体网格我都画过，但是最头疼的还是三维边界层网格的生成。
用gambit自带的边界层网格生成功能画出来的边界层网格经常达不到好的效果，或者对于复杂的外形根本就无法生成边界层网格。
为此我就采用手动设置边界层，但是比较费时间，效果还一般。
不知道大家是不是也遇到相似的问题，或者有更好的方法，请指点一下，先谢谢了！22 什么叫松弛因子？松弛因子对计算结果有什么样的影响？它对计算的收敛情况又有什么样的影响？1、亚松驰（Under Relaxation）：所谓亚松驰就是将本层次计算结果与上一层次结果的差值作适当缩减，以避免由于差值过大而引起非线性迭代过程的发散。
用通用变量来写出时，为松驰因子（Relaxati on Factors）。
全球气温与CO2 排放量关系模型
目录
摘 要............................................................................................................................ 1 1 引言......................................................................................................................... 2 2 全球气温 ARIMA 模型 ....................................................................................... 3 2.1 数据检验及处理............................................................................................ 3 2.1.1 数据平稳性检验.................................................................................. 3 2.1.2 数据非白噪声检验.............................................................................. 5 2.1.3 数据正态性和方差齐性检验.............................................................. 5 2.2 模型的建立及检验........................................................................................ 5 2.2.1 模型定阶及参数的估计...................................................................... 6 2.2.2 残差的随机性和正态性检验.............................................................. 7 2.3 全球气温的预测............................................................................................ 9 3 全球气温与 CO2 排放量 LREG-FARIMA 模型 ................................................ 10 3.1 CO2 排放量与全球温度 LREG 模型建立及协整关系的检验................. 10 3.1.1 CO2 排放量与全球温度 LREG 模型建立....................................... 10 3.1.2 CO2 排放量与全球温度协整关系检验 ........................................... 13 3.2 回归残差 FARIMA(1,0.44,2)模型建立 ...................................................... 14 3.2.1 回归残差 FARIMA(1,0.44,2)模型建立............................................ 14 3.2.2 FARIMA 模型残差 {et } 的白噪声检验 ............................................ 15
气固两相湍流模型的分类
气固两相湍流模型的分类对两相流的研究有两种不同的观点：一是把流体作为连续介质，在欧拉坐标系内加以描述，而把颗粒群作为离散体系，在拉氏坐标系内加以描述；而另一是除了把流体作为连续介质外，还把颗粒群当作拟连续介质或拟流体，两相在空间共存和互相渗透，两相都在欧拉坐标系内加以描述。
不同观点描述两相流所得数学模型也不同，目前常用的模拟模型有：单流体模型（无滑移模型）、小滑移模型、双流体模型（多流体模型或滑移－扩散的多连续介质模型）、颗粒轨道模型。
单流体模型把单相流体力学概念直接推广到两相流中，把含有颗粒群流体看成一个单一的流体，提出了一种模拟气粒两相流动简化模型，即单流体模型或无滑移模型。
与单相流体流动方程相比，单流体模型仅增加了几个颗粒相连续方程（类似于气相组分扩散方程），并在气相方程中增加了颗粒源项，因此该模型相当简单。
该模型的主要优点是处理方法简单，计算方便。
其缺点是未考虑颗粒相及气相之间的阻力作用（即假设气体与颗粒之间无速度和温度滑移），以及认为颗粒扩散系数和气体扩散系数相等，与实际的气固两相流动情况差异很大，故目前应用的较少。
小滑移模型小滑移模型则是在单流体模型的基础上发展的，在此模型中，或者颗粒相对流体流动的影响被认为是小扰动，或者该影响被完全忽略。
模型中假设颗粒的运动单纯由流体流动引起，流体与颗粒的速度滑移相对于平均流动来说是小量，这一滑移是颗粒扩散的结果。
它考虑了颗粒的滑移并涉及了颗粒和气相间因滑移而引起的阻力，从而增加了颗粒群的动量方程，但求解典型程序仍与无滑移模型相同。
其优点是考虑了颗粒的湍流扩散、湍流粘性以及滑移引起的阻力，相对接近于实际情况。
双流体模型该模型的出发点是把颗粒群和气体都作为连续介质，两者相互渗透组成双流体或多流体系统，在欧拉坐标系下考察气粒两相流动，即欧拉—欧拉模拟湍流两相流动。
近年来双流体模型已用于模拟一维非定常水汽两相流、炮膛内非定常二维湍流气粒两相流、气粒两相射流、有蒸发的液雾气体射流、闭式同轴射流中气体液雾流动与燃烧、带有或不带高速射流的突扩燃烧室中二维及三维湍流回流气粒两相流动和燃烧、四角喷燃炉中三维湍流旋流回流气粒两相流动和流化床中二维气化过程等。
改进的Alexnet模型及在油井示功图分类中的应用
改进的Alexnet模型及在油井示功图分类中的应用段友祥;李钰;孙歧峰;徐冬胜【摘要】现在有杆抽油机采油设备仍在原油开采中占据主导地位,示功图采集及分析是检测、预防、解决采油生产过程中各种故障的有效措施和手段.借助人工智能方法进行油井抽油机示功图自动分类识别和故障判断一直是研究的重点.深度学习为示功图识别和解释研究注入了新的活力.主要对卷积神经网络在油井抽油机示功图自动识别中的应用进行研究,提出一种改进的Alexnet模型,实现了示功图的自动识别,并与目前常用的神经网络模型进行了比较.实验表明,改进的Alexnet模型在保证识别准确率高的同时有效降低了训练学习时间,很好地达到了实际应用要求.【期刊名称】《计算机应用与软件》【年(卷),期】2018(035)007【总页数】6页(P226-230,272)【关键词】示功图;深度学习;卷积神经网络;Alexnet【作者】段友祥;李钰;孙歧峰;徐冬胜【作者单位】中国石油大学(华东)计算机与通信工程学院山东青岛266580;中国石油大学(华东)计算机与通信工程学院山东青岛266580;中国石油大学(华东)计算机与通信工程学院山东青岛266580;中国石油大学(华东)计算机与通信工程学院山东青岛266580【正文语种】中文【中图分类】TP391.40 引言现在有杆抽油机采油设备仍在原油开采中占据主导地位，但是由于其结构特点及工作环境的特殊性，故障发生率高，所以能够及时准确地把握抽油机的工作状态、进行故障分析和处理非常重要。
目前示功图是分析和判断油井抽油机工况的主要手段，但在实际生产中，对示功图的识别和分类还主要是依靠人工进行，识别效率低，特别是受经验知识的影响较大，导致有时存在很大的识别误差，无法满足油田实际生产，特别是自动化生产的需要。
多年以来，人们一直研究和尝试利用先进的计算机技术来解决这个问题，比如把专家系统、机器学习等人工智能方法引入进来[1-6]，取得一些成果，也得到了一定的应用实践，但还不能很好地满足实际要求。
autodyn简介
该软件拥有包括 Euler、Lagrange、ALE、SPH 等众多非常优秀的求解器，以及300多种常用的材料数据库和完全的流固 耦合技术。它的结果重新映射技术和部件激活抑制技术极大地提高了用户的计算效率。该软件主要模拟流体、气体及固 体在高速冲击或极限载荷条件下的响应及耦合分析，广泛应用于弹道学、战斗部设计、穿甲、爆轰、水下爆炸等问题的 分析研究，在国际军工行业享有声誉。
国际太空站的防护系统的设计应法医研究调查需要进行wtc冲击和结构破碎的模拟对用来防止外来物体对城市飞行器毁坏的防护层的评估复合材料航天器部件受破片式战斗部作用时的易损性分析对弹道导弹的拦截以及对导弹防御系统的毁伤研究模拟对核电站的冲击模拟小行星对地球的撞击被动和主动装甲系统的优化设计设计装配和优化反装甲装置石油射孔弹性能研究太空垃圾对卫星冲击损伤的评估城市中心的爆炸效应粒子加速器的束流收集器的安全评估固体的破碎水下爆炸对船只的毁伤效应动能弹的评估和设计地下管道和结构中爆轰波的传播鸟群对飞行器的撞击飞行器的燃料箱中液压冲击效应氢爆炸反应堆的安全壳的结构响应分析爆炸加载下玻璃的响应和毁坏内弹道气体冲击波效应模拟烧结金属中的粉末压实冲击加载作用下复合结构的累计损伤航天器组件的爆炸成形对不同装甲结构的穿孔和装甲背后碎片的分析水沙障碍物对于爆炸碎片和爆轰波的延缓预测钝伤损伤车辆上透明装甲的优化设计危险品储存地的安全距离计算冲击和爆炸载荷下混凝土钢筋混凝土结构的损伤陆上石化厂的爆炸结构相互作用的模拟下落物体对海上的舱体造成的结构损伤爆炸引发岩石破碎的预测爆破漏斗设计地面高频运动引起的混凝土损伤模拟超音速弹丸在水中运动时的气穴和偏航现象核反应设备中管道破裂事故的研究压缩加载下陶瓷的失效火箭舱分离时的引起的涡流场分析特色功能流体和结构的完全耦合求解拥有eulerlagrangealesphshellbeam等多个求解器并且各求解器之间可相互耦合求解提供多种欧拉算法eulereulergodnov和eulerfct算法方便用户求解不同类型的流体问题提供300余种常用材料数据库无需用户定义材料的状态方程强度模型失效模型和侵蚀模型中的各种参数在共享内存和分布式内存系统上的并行和串行运算方式可以进行平面对称或球对称求解以及网格重新映射技术一维结果映射到二维或三维模型部件的抑制或激活技术
calpuff模型理解
1、calfull模型为非定常（静风、复杂地形）三维（垂直坐标采用地形追随坐标，水平结构为等间距的网格，空间分辨率为一至几百公里，垂直不等距分为30 多层）拉格朗日烟团输送模式，主要包括污染物之排放、平流输送、扩散，干沉降以及湿沉降等物理与化学过程。
calfull模型分为三个模块，CALMET(利用质量守恒原理对风场进行诊断，包括逐时风场、混合层高度、大气稳定度（PGT 分类）、各种微气象参数等)、CALPUFF（模拟污染物传输行为的集成模式进行空气质量模拟，CALPUFF模拟系统的输出主要包括网格和各指定点的污染物浓度）、CALPOST（计算结果后处理软件，对CALPUFF 计算的浓度进行时间分配处理，并计算出干（湿）沉降通量、能见度等）。
2、calmet模拟污染物从污染源排放后的扩散过程，扩散参数由微气象参数计算得到；calpuff模拟系统输出主要包括网格和各指定点的污染物浓度；calpost式后处理模块，该模块能够将CALPUFF生成的污染物浓度场文件依用户的不同目的进行相应处理，如生成网格化或者指定点逐时浓度、日均浓度、月均及年均浓度等文件．3、calpuff与aermod的区别，calpuff模型可以处理长距离污染物运输（50km以上的区域），能模拟中等尺度范围；而aermod模型模拟50km以内的区域。
4、CALMET是气象模型，用于在三维网格模型区域上生成小时风场和温度场。
CALPUFF是非稳态三维拉格朗日烟团输送模型，它利用CALMET生成的风场和温度场文件，输送污染源排放的污染物烟团，模拟扩散和转化过程。
CALPOST通过处理CALPUFF输出的文件，生成所需浓度文件用于后处理。
5、Calpuff模型对数据要求很高，calmet需要的数据至少包括每日逐时地面气象数据和一日俩次的探空数据，目前中国国内气象站提供的地面气象数据一般为一日四次气象数据。
当某些气象数据缺失时，CALMET会通过插值等技术来估算风场、温度场、湍流场等等，这样子降低了模型气象场的精确度，最终会降低模拟结果的精确度。
[转载]气液两相流的模型选择
![[转载]气液两相流的模型选择](https://img.taocdn.com/s3/m/e7c86e5c777f5acfa1c7aa00b52acfc789eb9fa0.png)
欧拉模型指的是欧拉—欧拉模型； 把颗粒和气体看成两种流体，空间各点都有这两种流体各自不同的速度、温度和密度，这些流体其存在在同一空间并相互渗透，但各有不同 的体积分数，相互间有滑移； 颗粒群与气体有相互作用，并且颗粒与颗粒之间相互作用，颗粒群紊流输运取决于与气相间的相互作用而不是颗粒间的相互作用； 各颗粒相在空间中有连续的速度、温度及体积分数分布。
几种多相流模型的选择
VOF模型适合于分层流动或自由表面流； Mixture和Eulerian模型适合于流动中有混合或分离，或者离散相的体积份额超过10%－12％的情况。
Mixture模型和Eulerian模型区别
如果离散相在计算域分布较广，采用 Mixture模型；如果离散相只集中在一部分，使用Eulerian模型； 当考虑计算域内的interphase drag laws 时，Eulerian模型通常比Mixture模型能给出更精确的结果； 从计算时间和计算精度上考虑。
两相流的研究：对两相流的研究有两种不同的观点：一是把流体作为连续介质，而把颗粒群作为离散体系；而另一是除了把流体作为连续 介质外，还把颗粒群当作拟连续介质或拟流体。
引入两种坐标系：即拉格朗日坐标和欧拉坐标，以变形前的初始坐标为自变量称为拉格朗日Langrangian 坐标或物质坐标；以变形后瞬时 坐标为自变量称为欧拉Eulerian 坐标或空间坐标。
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原文地址：气液两相流的模型选择 作者：天蝎射天郎
两相流：通常把含有大量固体或液体颗粒的气体或液体流动称为两相流；其中含有多种尺寸组颗粒群为一个“相”，气体或液体为另一“相”，由 此就有气—液，气—固，液—固等两相流之分。
多相流模型
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1 引言
作为大气下边界的陆地表面复杂多变，不同下垫 面上的陆气交互作用强烈影响着天气与气候，其中以 北半球中纬度地区受地表过程影响尤为突出。地表能 量平衡是联系地表过程和天气、气候的一个纽带，地 表与大气之间的相互作用通过物质与能量的交换来完 成，大气运动过程为地表带来降水等天气现象，地球 表面则通过感热和潜热输送为大气运动提供驱动能 量，进而影响着天气过程。气象观测是获取陆气相互
（8）
（9） 其中， LE C为植被表面潜热通量， H C为植被表面感热 通量。该迭代计算过程需要对蒸散和潜在蒸散进行对 比判断，并以HC >∆Rn作为条件，控制迭代过程的合理 稳定，在一定程度上弥补了由单通道热红外遥感数据 的初值选择误差引起的缺陷。
LEC=∆Rn-HC
3 应用于大尺度陆气相互作用研究的ALEXI 模型
Land-Atmospheric Interaction from Remote Sensing: A Comparison between Ordinary Dual-Source Model and ALEXI Model
Hu Yonghong1, Jia Gensuo2
(1 Key Laboratory of Digital Earth, Center for Earth Observation and Digital Earth, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100094 2 Key Laboratory of Regional Climate-Environment Research for Temperate East Asia, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029) Abstract: Land surface process and climate are linked by surface energy balance, which is the key physical process for coupling between land surface models and climate models. However, field measurements of land-atmosphere interactions, based on a meteorological station are usually limited by their spatial scale for regional climate analysis. In contrast, two-source energy balance models (TSEB), based on remote sensing, perform well in local surface energy balance, which has been widely used in agriculture and water resources to monitor local or regional evapotranspiration variation, and its results (soil heat flux, sensible heat flux, latent heat flux, etc.) could become the data sources for climate change research. This study tries to analyze the differences of physical process between ordinary two-source energy balance model (e.g. N95) and Atmosphere-Land Exchange Inversion Model (ALEXI) to examine how to apply ALEXI model to retrieval land-atmosphere interactions in the continental scale, and further explore the new development of ALEXI model to examine how to make it better for future climate research. Key words: continental scale, thermal remote sensing, ALEXI model, land-atmospheric interaction
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Advances in Meteorological Science and Technology 气象科技进展 2（2）- 2012
气象科技
进展
分析小流域的蒸散[1-6]，而对于复杂下垫面上的陆气交 个部分，ρ 为空气密度（kg·m-3） ，cP 是空气热量常数 -1 -1 ，ra 为从冠层高度上的空气动力学阻 互特征、大尺度的陆气能量交换特征监测及长时间序 （1004J·kg ·K ） 列分析的实现还存在许多待提高之处。双源模型则分 抗，rs 为土壤表面空气动力学阻抗，Ta 为气温，TC 为 开考虑植被和裸土与大气之间的相互作用，使用了像 冠层温度，T0 为地表温度。 根据方程（ 4 ）求取感热通量的时候，需要像元 元水平内的组分温度的分解以及相应的算法完成各组 分与大气能量交换过程的量算，部分分层处理方法也 组分温度，而组分温度的分解涉及到冠层温度的初始 化，对于多角度的热红外传感器来说，可以联立多个 得到了应用。 角度的辐射温度分解方程求解，但是大多数遥感传感 2 普通双源遥感模型 器并未设置多个热红外通道或多个观测角度，因此这 双层模型最早于 1985 年提出 [7] ，认为陆气相互 里使用了P-T近似（Priestly-Taylor）对冠层进行初始 作用是水汽和热量两个源相互叠加传输，参考高度 化处理： 处的感热和潜热通量则是两层之和，但是分层处理 方法在遥感领域实现难度较大，研究者将其简化为 （5） 了双源模型 [8] ，便于将遥感获取的空间辐射信息与 气象观测相整合。根据不同的研究目标，研究者 其 中 ， G V F 是 植 被 覆 盖 度 ， 是 干 湿 球 常 数 -1 对 双 源 模 型 进 行 了 不 同 程 度 的 拓 展 ， 发 展 了 应 用 （ 0.066kPa·C ）， S 是饱和水气压 —气温斜率曲线， 于小流域尺度的普通双源模型（ Two Source Energy ∆ R n是冠层净辐射收支。这里联立求解出 T C后，代入 Balance Model ， TSEB ）和应用于大尺度研究的 辐射能量分解的方程可以求解出TS，因此有关土壤表 ALEXI 模型（ Atmosphere-Land Exchange Inversion Model，ALEXI） [9, 10]。这里首先以普通双源模型N95 为例探讨其物理过程的实现。 双源模型的物理基础与单源模型相同，也是假设 卫星过境时近地表能量交换处于平衡状态。为了准确 得到地物的发射能量，需要去除被测地物反射的环境 辐射： （1） 其中， Φ为卫星观测角，T B为传感器获得方向性的亮 温数据， 为发射率， T SKY为半球天空亮温， T R为 地表辐射温度。 双源模型要求对传感器获得的亮温数据进行预处 理和组分温度分解，当把像元内的土壤和植被组分看 作为单一发射率的时候，像元温度可以通过比尔定律 进行分解： （2） 其中，TC和TS分别为植被冠层温度和地表温度，n是温 度指数，对于8～14μm和10～12μm的热红外波段一般 取常数4。 为植被覆盖度： （3） 其中，F为叶面积指数。 双源模型假设地表不同组分间与大气的能量平衡 交换状态是平行的，所以感热通量分别由植被和土壤 的感热传输两个部分组成： （4） H 为感热通量， 其中， 包括植被（HC）与土壤（HS）两
Advances in Meteorological Science and Technology 气象科技进展 2（2）- 2012
Progress 研究进展
模型地面组分（图 1 ），同时耦合边界层模型为模型 的边界层组分（图 2 ），使用同一天内两个不同时段 的卫星辐射温度作为控制输入进行运算，解决了普通 双源感模型中普遍存在的一些限制，如： （1）普通双 源模型要求一些必要的实时气象参数作为输入，且通 常采用逐个站点的经验参数调校来处理，这种方法 不适用于大区域上的研究； （2）部分研究使用了辐射 温度来替代空气动力学温度来分析表层大气的能量 交换，而实际上辐射温度与空气动力学温度存在差 异，且辐射温度值的变化具有角度依赖性； （3）卫星 观测到的辐射值受到大气消减的影响，或卫星对地观 测的是非代表性的空间样本，这均会导致亮温的偏 差，从而影响通量反演的准确性。 ALEXI模型分成地面和大气两个组成部分， 其中地 面部分的方程组提供初始化的输入， 而大气部分为模型
收稿日期：2011年11月13日；修回日期：2011年12月21日 第一作者：胡永红（1979—） ， Email: yonghonghu@ 资助信息：国家重点基础研究发展计划（2009CB723904） ； 中科院战略性先导科技专项（XDA05090203）
作用信息的常用手段，但以我国为例，气象台站分布 不均匀且下垫面类型复杂多样，限制着台站获取的通 量信息的空间代表性。而基于遥感数据的地表能量平 衡分析模型，为陆气相互作用的空间量化提供了条件。 地表能量平衡组分的遥感研究为传统站点尺度的 陆气相互作用分析提供了空间拓展。根据模型中地表 通量源区的差异，用于地表能量平衡研究的遥感模型 分为单源模型和双源模型两类。其中，单源模型类似 于陆面过程模式中的大叶模型，已在下垫面均一的小 流域研究中取得了较好效果，而在类似干旱半干旱稀 疏植被区域存在较大误差，因为这类区域需要考虑像 元内不同类型的组分温度差异，才能获取较准确的逐 像元的地表能量平衡分量。目前单源模型多用于定量