精细化风场模拟在低空风切变告警系统中的应用

发布时间：2017-10-13 19:24

  本文关键词：精细化风场模拟在低空风切变告警系统中的应用

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【摘要】：低空风切变是世界公认的危害航空安全的重要天气现象之一。为了预防低空风切变对飞行造成的危害,最早由美国开发的低空风切变告警系统(LLWAS)以其可靠的预报精度在美国本土以及世界上其他一些国家、地区得到了广泛应用。但是由于种种客观原因,该系统未在我国大陆地区得到广泛应用。近几年来,随着国内航班密度不断增加,风切变对机场航班运行的影响越来越严重,不仅增大了运行保障部门工作负荷,更为飞行安全埋下了隐患。设计我国自己的低空风切变告警系统的需求变得越来越迫切。一套完整的低空风切变告警系统,其预报精度不仅取决于传感器的精度,合理的测风站阵列布局也至关重要。由于目前我国低空风切变告警系统仍处于研发阶段,各方面技术还不成熟,系统测试时实地布设测风站费事费力,还有可能造成资源浪费,有必要引入计算机仿真技术实现布点方案辅助设计。本文采用最新一代中尺度天气预报模式(Weather Research and Forecast,WRF),通过动力降尺度的方法与计算流体力学(CFD)软件FLUENT耦合的方法建立了精细风场模型。选取兰州中川机场作为研究对象,设计了一系列模拟实验,验证了该模型的可靠性。建立了中川机场周围的三维地形模型,模拟了2015年4月一周的风场情况,通过对比实测数据,表明该耦合模式对复杂地形机场区域风场模拟效果较好。随后对发生在2015年的典型的8次风切变事件进行模拟,其中5次较好的模拟出风切变发生,证明了耦合模式可以满足对风切变模拟要求。并以9月19日的风切变为例进行了详细分析论述。最后,对美国低空风切变系统的基本原理以及测风站布点原则进行了详细介绍,提出了一套用于低空风切变告警系统选址评估的方法,并设计了三组布点方案的对比试验,通过在耦合精细风场模型中进行仿真验证,对三个方案进行了评价,说明该方法可以应用于为低空风切变告警系统的布点评估。
【关键词】：风场模拟 WRF模式 CFD 低空风切变告警系统选址
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V321.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 概述11-12
• 1.2 国内外风场模拟研究进展12-14
• 1.2.1 中尺度大气数值模式对风场的模拟12
• 1.2.2 计算流体力学模式在小尺度风场模拟中的应用12-14
• 1.3 本文的研究内容14
• 1.4 研究思路及创新点14-15
• 1.4.1 实验方案14-15
• 1.4.2 可能的创新之处15
• 1.5 论文章节安排15-16
• 第2章 机场低空风切变概述16-27
• 2.1 低空风切变理论基础16-17
• 2.2 低空风切变形成的原因17-22
• 2.2.1 雷暴引起的风切变17-18
• 2.2.2 微下击暴流导致的风切变18-20
• 2.2.3 引发低空风切变的其他情况20-22
• 2.3 低空风切变对于民航飞行的影响22-24
• 2.3.1 起飞离地后遭遇风切变22-23
• 2.3.2 起飞滑跑遭遇风切变23
• 2.3.3 进近时遭遇风切变23-24
• 2.4 预防低空风切变危害的方法24-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 复杂地形机场精细风场模拟方法27-37
• 3.1 概述27-28
• 3.2 中尺度大气模式WRF28-32
• 3.2.1 WRF模式基本框架28-30
• 3.2.2 模式物理过程方案30
• 3.2.3 WRF数据资料30-31
• 3.2.4 WRF模式安装及运行31-32
• 3.3 计算流体力学软件FLUENT32-33
• 3.4 WRF与FLUENT的耦合方法33-36
• 3.4.1 复杂地形CFD三维建模技术34-35
• 3.4.2 FLUENT边界文件的制作35-36
• 3.4.3 耦合过程中需要考虑的问题36
• 3.5 本章小结36-37
• 第4章 中川机场精细风场模拟试验37-53
• 4.1 基于WRF-FLUENT模式耦合精细风场模拟试验39-42
• 4.1.1 试验方案39-41
• 4.1.2 结果分析41-42
• 4.2 中川机场风切变模拟实验42-52
• 4.2.1 事件回顾44
• 4.2.2 天气过程分析44-47
• 4.2.3 背景场模拟结果分析47-49
• 4.2.4 耦合风场模型验证49-52
• 4.3 本章小结52-53
• 第5章 低空风切变告警系统选址评估方法53-65
• 5.1 LLWAS介绍53-55
• 5.1.1 基本工作原理及系统组成53-54
• 5.1.2 LLWAS的发展54-55
• 5.2 FAA关于LLWAS选址原则55-60
• 5.2.1 选址一般考虑因素55-56
• 5.2.2 测风站的几何布局56-60
• 5.2.3 选址的一般步骤60
• 5.3 精细风场模拟在低空风切变告警系统布点评估中的应用60-64
• 5.3.1 选址方案设计——以中川机场为例61-62
• 5.3.2 方案评估62-64
• 5.4 本章小结64-65
• 第6章 结论与展望65-67
• 6.1 主要工作与结论65
• 6.2 存在的不足与未来研究展望65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-71
• 附录：关键脚本代码71-84
• 1、GAMBIT三维曲面建模journal文件生成脚本71-72
• 2、FLUENT边界文件profile生成脚本72-82
• 3、FLUNNT后台运行journal文件生成脚本82-84
• 作者简介84

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5 李s，

本文编号：1026660