DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 1. 引言 高速公路隧道建设需要穿越复杂多变的地层，其中风化花岗岩地层是常见的一种。由于风化作用导致花岗岩地层具有结构松散、岩体破碎，节理裂隙发育以及遇水软化等特点，在隧道施工中经常出现隧道成形不好、掉块甚至坍塌等现象，是施工中的难题之一。 国内学者在实际工程中，对隧道围岩变形、受力特征以及施工技术进行了一些研究。陈洪江 [ 1 ] 从花岗岩类全风化带的结构构造特征、变形特性与强度特性入手，结合若干工程实例，研究了花岗岩全风化带的工程地质特性；张海洋 [ 2 ] 研究了高地应力多层节理构造软岩地层中隧道围岩的蠕变特性，为支护结构的改进提供了依据；任文峰 [ 3 ] 分析了寨子岗隧道的实测数据，进而总结出富水全风化花岗岩地层中的隧道变形规律与力学特征；龚彦峰 [ 4 ] 总结了国内外类似工程的经验，结合数值模拟计算结果，提出富水地层中超大断面隧道的修建需遵循因地制宜，灵活处理的原则，建议采用大拱脚基础与多重支护等措施来控制变形和防止坍塌；周平 [ 5 ] 通过围岩室内物理力学实验，建立不同含水率地层中的隧道有限元模型，研究了含水率对希格达地层(河湖相沉积半成岩，具有水稳性差等特点)隧道围岩失稳的影响；徐莹 [ 6 ] 针对拉丁山全风化花岗岩隧道出现的塌方现象，提出了喷混凝土封闭掌子面，管棚支护联合注浆加固等措施。 风化花岗岩地层具有其独特的工程性质，风化、不规则结构面对变形的控制作用以及地下水等诸多效应，导致这类岩层的隧道变形复杂、多变，例如，即使实测变形量很小，但由于岩体破碎、岩质坚硬以及岩性较脆，实际中仍会出现超挖、围岩失稳、拱部掉块等现象。因此，风化花岗岩地层中的隧道变形规律及其控制技术是重要的研究课题。 本文依托甬台温高速公路渔寮隧道工程，分析实测数据，并结合数值模拟，对隧道出口段的围岩变形特征进行了分析，总结了风化花岗岩隧道变形的规律，提出了具有针对性的施工技术措施，对节理岩体中的隧道围岩变形控制与安全施工具有一定的指导意义。
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user: 2. 渔寮隧道工程概况 渔寮隧道是甬台温高速复线温州段最长的隧道，为三线高速公路隧道，隧道进口位于苍南县马站镇，出口位于马站镇西边村。隧道出口段位于完整性较差的花岗斑岩中，最大埋深约390 m。隧道净空断面采用三心圆，净宽15.4 m，属于大断面隧道。设计概况见下表1。 Table 1 The basic information about Yuliao tunne 隧道名称 隧道类型 起止桩号 进口洞门类型 出口洞门类型 隧道长度 (m) 渔寮隧道 分离式 ZK362 + 395~ZK368 + 260 偏压端墙式 削竹式 5865 YK362 + 380~YK368 + 250 端墙式 削竹式 5870 表1. 渔寮隧道设计概况 渔寮隧道地处山丘陵区，出口段主要穿越中-微风化花岗岩，埋深较浅且存在偏压，围岩分级IV~V级。中风化花岗岩厚达26.2 m~54.5 m，节理裂隙发育，岩体破碎，局部位置岩体沿裂隙方向风化严重。受地下水影响，掌子面较湿润，开挖时沿节理面有滴水现象，部分区段有围岩软化现象。岩块之间结合度较差，围岩整体性较差。施工过程中易产生超挖、局部掉块，甚至坍塌、变形超限等现象。图1为现场揭露的出口段掌子面地质情况。 图1. ZK368 + 248掌子面地质条件
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user: 4. 结论 1) 渔寮隧道出口段处于风化花岗岩地层中，围岩级别由洞口向内逐步自V级往IV级过渡，在隧道变形沿纵向的变化中能够反映出来，V级围岩区段的隧洞变形量比IV级围岩区段的隧洞要大，IV、V级围岩的分界线也在隧道变形中能反映出来。 2) 渔寮隧道出口段右洞地表形成了明显的沉降槽，根据实测地表沉降数据，基于Peck理论，拟合得到地表沉降预测模型表达式，据此可推测出不同水平位置处的地表沉降量。 3) 数值模拟结果显示：双侧壁导坑临时支护的拆除以及主洞拱部岩体开挖是引起隧道围岩变形的主要工况；开挖导致拱肩、仰拱和拱脚处出现较大的塑性区，是施工中重点控制变形的位置。 4) 在渔寮隧道出口段的风化花岗岩地层施工中，围岩条件较差的V级围岩段采用长管棚或超前小导管注浆预支护，节理裂隙发育和断层等软弱围岩地段设置超前砂浆锚杆，不同围岩条件采用合理的开挖工法，控制爆破减少围岩扰动和减少超挖，多项施工技术措施控制围岩变形，预防出现地表坍塌、拱顶掉块及变形超限等问题。
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user: 摘 要 本文针对国内外BIM理论及在工程上的应用所遇到的问题及解决办法进行了探究，以应用于工程实际出发，总结了国内应用BIM技术的问题在于过分强调应用点而忽视了数据集成的协同应用以提高工程效益。从BIM协同管理平台为基础应用BIM理论对工程参与各方的协同办公、解决工程中面对的问题为目标，架构了一系列模块应用，以某工程实例为样板，诠释了协同管理平台运作机制及其创新点。 关键词 :BIM技术，协同工作能力，数据集成，协同管理平台 Copyright © 2019 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 众所周知，建筑行业在中国国民生产总值中一直占据重要地位，随着国家改革开放后经济与科技的高速发展，形形色色的高楼、道路越来越多地出现在人们的日常生活中，建筑业已经成为我国经济支柱产业。在迅猛的发展势头下，建筑业的种种问题也随之暴露。在我国传统建造方式中，存在如下问题：劳动力文化程度低，老龄化严重；生产方式粗犷，施工组织计划不清；施工人员素质不高，现场管理混乱；返工现象严重等，以至于造成了大量的资源浪费。同时在施工结束以后会产生大量的建筑垃圾，清理的过程中产生噪音、扬尘等污染。 这样的大背景下，一代代技术人员对提高工程管理效率问题奉献了终身，一步步地提出并逐步完善了BIM技术。早在1975年美国Garnegie-Mellon University的Chuck Eastman教授就提出了BIM的概念，其原型为Building Description System。在1980年之后，美国改称该技术为Building Product Model，而在欧洲它有另一个名字：Product Information Model。直到2002年，众所周知的欧特克公司(Autodesk)才正式提出“建筑信息模型”，即Building Information Modeling (BIM)的概念，该理念一经提出立即受到业内人士的广泛认同，沿用至今 [ 1 ] 。从2011年颁布的《2011~2015年建筑业信息化发展纲要的通知》里第一次提到“BIM”技术 [ 2 ] 。在《2016~2020年建筑业信息化发展纲要》中提出，推广项目管理信息系统，开展施工阶段的BIM基础应用，有实力的公司创建基于BIM技术的项目管理体系，研究基于BIM的管理组织模式与协同管理机制 [ 3 ] 。 随着BIM技术的推广，更多需要精细管控，结构复杂的建筑物开始进入BIM应用范围。基坑工程因其特点众多，影响广，非常适合利用BIM全生命周期技术进行合理管控。2012年，彭曙光 [ 4 ] 进行了系统的研究，对基坑工程中BIM技术的应用给出了一定的理论基础。在基坑工程三维可视化方面，夏正红，许利锋等在宁波绿地中心建设项目中，实现了基坑工程设计效果的三维可视化，并在施工阶段通过共享桩基BIM模型实现了对工程设计变更的动态控制及管理 [ 5 ] 。2015年，张燕在铁四院总部设计大楼的基坑工程中应用BIM技术进行探索 [ 6 ] 。2016年谭佩 [ 7 ] 对BIM可视化技术在基坑中的应用进行了全方位的研究，提出了在revit中进行插件方便建模管控的想法。吴清平，时伟等人对上海市SOHO天山广场中的基坑工程进行了设计施工全过程的BIM技术模拟与分析，致力于全生命周期应用的探索 [ 8 ] 。同年， 刘一鸣对BIM在基坑桩撑支护结构的分析中，有效证明了BIM模型实际应用价值 [ 9 ] 。杨敏，赵军等人在可行性方面对BIM技术应用于基坑工程领域进行了探讨 [ 10 ] 。林孝城对上海市金山勘察综合试验厂房的项目进行了BIM技术在岩土工程中的应用探索 [ 11 ] 。
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user: 2. BIM协同管理平台 2.1. 管理平台功能介绍 上文提及的住建部下发文件《2016~2020年建筑业信息化发展纲要》，其中细化了BIM的应用要求，强调在建设“一带一路”重点工程中应用BIM技术，并探索其与云计算、大数据、GIS等技术结合，实现重点工程信息化。同时，从《2014年度施工企业BIM技术应用现状研究报告》中可知，大部分企业已经认可了BIM技术带来的价值。在政府、企业合力推动的前提下，BIM技术在国内有了广泛的应用，但从理论到实际的过程中，产生了一些值得思考的问题。 信息化不仅能够推动建筑业转型升级，更是使其技术水平提升、与时俱进的重要动力。BIM技术作为信息化的关键性手段，其核心不应该仅是工程的应用点，而应是“信息 + 管理”的模式，功能的体现即是集成平台。国内许多项目也均有其量身打造的平台，但其中大多数却不能称之为集成平台。2011年英国BIM工作小组(BIM Industry Working Group)分析得出BIM发展分为四个阶段，如图1所示，国内BIM应用平台大多发展到第二阶段，即BIM功能应用点阶段；部分涉及第三阶段，而能有效服务工程的更是凤毛麟角。 图1. BIM发展四个阶段图 本文旨在研究BIM技术应用到建筑业信息集成管理方面，立足于第三阶段：成本、质量、安全等项目管理内容集成，追求第四阶段：各方全方位协同合作，实现项目数据资料共享，这也是BIM发展的必然趋势与方向。BIM协同管理平台作为数据集成的载体与多方协同工作的平台，发挥了巨大的作用。本文中涉及平台是由上海市政工程设计研究总院推出，应用于实际工程的平台，提供了将BIM技术理论转化为对实际工程设计、施工阶段指导的工具；同时，也兼具了作为工程各类数据集成的载体的功能。目前的工程项目管理中，采用BIM技术进行三维模拟、设计优化、可视化及出图方面已经较为成熟，但没有一个标准化得逻辑思路与实现其的平台来引导与推动。该平台的搭建就是旨在尽可能地寻找最符合工程需要、最有效管理工程的途径，全力推动BIM技术的发展，进而推动建筑业的现代化、信息化发展。 2.2. 管理平台研发计划 管理平台研发的模式，可理解为对项目管理的整体逻辑思路。国内目前的建设项目管理绝大多数采用DBB模式，即设计—招标—建造模式，因其专业程度强、分工职能明确、管理重点明确等优点被广泛使用，但在如今各行业高节奏高效率的大趋势下，该模式施工阶段分离、专业协作性差、参与方沟通协调困难等问题，形成了巨大的“信息孤岛”，严重影响工程项目管理的效率。 故在平台各模块搭建前，BIM技术方需综合考虑工程项目从前期(设计)到后期(BIM服务的终端，视项目要求而定，最理想为运营维护阶段)整个生命周期中的各方、各要素的相互动态关系以及该工程项目全过程中的数据如何高效集成、传递、共享。协同平台应是从项目整体出发，以各参与方能够从中实现信息安全共享，平等协调工作，进而实现项目质量、进度等目标的优化为目的，并提供项目要求的生命周期中必要的决策与管理的一个工具。 综上，平台项目管理计划需具备普遍的动态性、复杂性、全面性、多层次的特点，同时根据每个参与方自身任务的性质不同，以项目整体利益和自身工作效率为主要服务对象，对相应的工作进行管理和控制；对集成数据进行有效分配，满足各方在自身任务中需要的数据并能够有效利用数据服务于项目。 2.3. 管理平台主要模块 根据BIM发展的第四阶段服务对象：业主、设计、咨询(BIM)、施工、监理、运营等，将工作阶段分为：策划、设计、施工、运营4个阶段，并结合平台研发的项目管理计划，参考BIM发展第三阶段的：成本、信息、进度、安全、质量、组织。分析各参与方在项目中的工作需求，如表1所示： Table 1 Each party’s work deman 参与方 工作阶段 关注方 关注工作 业主 All All All 设计 设计、施工 施工、业主 成本、质量、进度、组织 施工 施工 设计、业主、监理 All 监理 施工 施工、业主 成本、质量、进度、组织 运营 施工、运营 业主 成本、质量、进度、组织 咨询(BIM) All All All 表1. 各方工作需求表 由发展要求出发，平台模块至少需存在：组织策划、进度管理、质量管理、成本管理、安全管理、信息数据库(其他)。这些模块将可以满足BIM协同平台服务于工程的最低要求。同时，为了提供标准化的各方参与流程审批，平台也完善了协同办公的模块。平台目标是实现如图2的体系。
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user: 4. 结论 1) 本文针对国内外对于BIM理论的研究已经较为成熟，但对于工程实际应用还处在探索阶段这个问题进行研究解决。基于国内过度注重应用点而忽略BIM数据集成、交互的现象，以BIM协同管理平台为工具，研究解决工程实际应用BIM的价值。 2) 本文按照BIM基础理论及国外标准，确定了BIM协同管理平台各个模块应致力于成本、信息、进度、安全、质量、组织，并根据其功能及其应用的各参与方等进行了详细的介绍，展示了平台的整体框架。 3) 本文提出了国内BIM工程应用的思路：“数据集成 + 应用点”的思路，在BIM协同平台的基础上，利用“工序报工”解决了国内多数BIM施工应用中的问题，为从业者提供了一种解决的思路。
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user: 摘 要 民用高层建筑硬连接技术的逐步应用使得管道连接的安装裕度明显下降。文章研究了偏差段管长、管道壁厚与管道压强对安装裕度的影响规律，得出结论：安装裕度随偏差段管长呈幂函数变化；保持管径不变增大壁厚或者保持壁厚不变减小管径等使管道增厚的措施都会增大安装裕度；管道压强的存在会降低安装裕度。 关键词 :民用，高层建筑，管道，安装裕度 Copyright © 2019 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 随着工程项目现代化的加深，高层建筑与超高层建筑不断涌现，成为目前建筑用地日趋紧张的情形下的发展趋势 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 。伴随着的是建筑管道系统的日趋复杂，其施工质量直接对整个工程的合格与否产生重大影响。因此在管道领域的多个方面都有较多学者与从业人员进行施工质量相关研究，比如给排水管道 [ 5 ] 、水暖管道 [ 6 ] 、通风管道 [ 7 ] 、空调管道 [ 8 ] 等。在管道施工质量的方方面面中，保证管道安装精度是管道施工质量中非常重要的一环。 目前已有相关人员对管道安装精度相关问题进行相关研究。逯少森 [ 9 ] 对地下管道顶管穿越过程中对安装精度可能产生影响的原因进行了分析，并对顶管过程中测量监督和误差校正进行了相关研究；刘亮 [ 10 ] 对船舶建造过程中的管道安装精度控制问题进行研究，着重分析了管道预装与分段合拢过程中由于精度控制不佳产生的工程问题。 目前对于民用建筑管道领域而言安装精度的研究相对较少，且现有的安装精度研究多集中于工程应用，理论性研究较少。随着民用高层建筑逐步开始使用管道硬连接技术，对安装精度的要求有了较高的提升，其原因就在于安装裕度有了较为明显的下降。本文选取民用高层建筑管道为研究对象，针对安装裕度问题及相关影响因素开展研究，为管道设计施工提供安全依据。
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user: 2. 物理模型与应力计算模型 2.1. 物理模型 本文主要研究因管道偏离预定位置(表现在坐标偏差、标高偏差、水平平直度、铅锤度等参数上)而对安装裕度产生的影响。将管道偏离预定位置的程度统一称为安装偏差。故此种情况下安装裕度的高低即取决于允许的安装偏差的大小，允许的安装偏差越大，安装裕度越大。而安装裕度的大小直接反映在管道的应力上，相同安装偏差下管道应力越小，安装裕度越大。故本文以管道应力作为评判标准，以安装偏差来体现安装裕度的大小。本文选择在管道末端施加位移作为安装偏差，并固定管道起始点，用以隔绝安装偏差影响范围以外管道对研究管道的影响。另一方面，固定的管道起始点也代表安装偏差开始发生的点。 因此，本文物理模型采用8条直管道，分别编号管道1~8。每个管道单元长0.5米，管道1~8依次拥有1~8个管段。管道起始点指向末位点为X向，垂直方向为Y向，Z向由右手定则决定。其中管道起始点全固定，管道末端施加位移。本文中统一向+Z方向施加位移，而后不再赘述。安装偏差作用效果如图1所示。图中31010点为管道起始点，31090点为管道末端(安装偏差施加处)。 图1. 安装偏差作用效果图 2.2. 应力计算模型 依据选取的管道应力校核标准ASMEB31.3 [ 11 ] ，本文采用的应力计算模型如下所述。 对于一次应力，通常表示为： S L = [ I a ( | S l p + F a x / A p | + S b ) 2 + 4 S t 2 ] 1 / 2 < S h (1) 对于二次应力，通常表示为： S E = [ ( | i a F a x / A p | + S b ) 2 + 4 S t 2 ] 1 / 2 < f [ 1.25 ( S c + S h ) − S L ] (2) 其中： S L 为综合应力； S lp 为纵向压应力，计算公式为： (3) D i 、D o 分别为管道内直径与外直径； F ax 为轴向力； A p 为管道横截面积； I a 为持续轴向应力系数； S h 为材料在设计温度下许用应力； S c 为环境温度下许用应力； S b 为弯曲应力，计算公式为： (4) M i 、M o 分别为平面内、外弯矩； I i 、I o 分别为平面内、外应力增强系数； Z为管截面模量； S t 为扭转应力，计算公式为： (5) M t 为扭转力矩； I t 为扭转力矩系数。
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user: 3. 参数设定 3.1. 管道参数设定 本文主要考察背景为民用高层建筑的管道，因此管道基本参数的设定要代表普遍意义上的建筑管道共性并重点突出高层建筑较为突出的特点。故流动介质选取为水，相应流体密度对应为水的标准状态密度0.001 kg/(cu·cm)。而腐蚀余量、材质等参数主要影响应力计算数值而不影响应力分布规律，因此取常见情况即可。因此管道基本参数确定为：管道材质选择A53 Grand B (对应国标20号钢)；腐蚀裕量选择1.7 mm；加工负偏差取默认值12.5%。管道应力校核准则选择B31.3工艺管道。为凸显工程实际，基于ASTM管道标准表进行管径与壁厚的组合选择，结果见表1。 Table 1 The combination of pipe diameter and wall thicknes 组合 管径(mm) 壁厚(mm) 1 219.1 8.18 2 273.1 9.27 3 323.9 9.53 4 355.6 9.53 5 406.4 9.53 6 457.2 9.53 表1. 管径与壁厚组合 3.2. 载荷工况设定 由于民用高层建筑工况呈现低温高压的特点，因此载荷工况中主要考虑压力的影响。由于目前国内超高层民用建筑项目中管道二次侧压力已经存在5.0 MPa (美国ASME标准)的情况，基于实际情况考虑，工作压强取5 Mpa以模拟最高管道压强下的管道情况，故本文中取操作压力P1 = 常压，P2 = 5 Mpa。由于民用建筑中作为流动介质的水主要用于生活用途，温度普遍较低，因此不考虑管道温度的影响。为避免其他因素干扰，集中载荷F、均布载荷U等一系列其他载荷的影响亦不考虑，最终确定管道载荷工况组合如表2。 Table 2 The combination of pipe load cas 编号 工况 类型 说明 1 W + P1 + D1 SUS 计算管道常压下安装偏差产生的应力 2 W + P2 + D1 SUS 计算管道工作压强下安装偏差产生的应力 表2. 管道载荷工况组合
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user: 4. 计算结果分析 分析前首先需要确定整段管道的最危险点。对所有组合管道的计算结果均显示随节点数增大，应力呈现线性下降的趋势，因此最危险点为管道起始点，故随后的研究均集中于考察管道起始点的应力情况。当管道起始点一次应力比率达到100% (由于小数点误差实际结果会有细微出入)，即达到许用上限时，本文在此定义此时的管段的安装偏差大小为最大允许安装偏差。在随后的研究中，最大允许安装偏差将直接作为安装裕度的量化指标。在未加说明情况下，管道均以工况2代表的工作压强进行计算。 4.1. 偏差段管长度对安装裕度的影响 管径壁厚组合选取组合1~3，以偏差段管长为横坐标，最大允许安装偏差为纵坐标作图2。由图2可知，选取不同的管径与壁厚组合下，最大允许安装偏差均随偏差段管长增大而增大，且斜率随着偏差段管长增大不断增加。组合1/2/3最大允许安装偏差由0.5米时的0.4 mm/0.3 mm/0.3 mm，增大到4米时的19.2 mm/15.5 mm/12.2 mm。整个变化曲线可以用幂函数得到非常好的拟合。 图2. 最大允许安装偏差随偏差段管长变化图 由图2可以看出，最大允许安装偏差随着偏差段管长呈现先慢后快的幂函数增长关系。这说明随着偏差段管长增大，单位偏差段管长能承受的安装偏差会增大，或者说管道存在着对安装偏差产生的应力的“削减”能力。而规范 [ 12 ] 中对安装允许偏差往往是以偏差段管长的百分比或者指定数值进行限制，这就导致了可能存在一个临界偏差段管长数值，低于此数值时实际最大允许偏差低于规范许用值，安装裕度不足；高于此数值时实际最大允许偏差高于规范许用值，安装裕度过剩。以规范中管道平直度允许值为例，组合1~3的临界偏差段管长数值分别为2.5米、3米及4米。 4.2. 管道厚薄对安装裕度的影响 由4.1可以看出不同管径与壁厚的组合对最大允许安装偏差会产生影响，进而影响安装裕度。而管径与壁厚相互影响，构成了管道厚与薄的直观概念。因此在这里本文固定壁厚不变，变化管径以达到管道厚与薄的变化。管径壁厚组合选取组合3~6，以偏差段管长为横坐标，最大允许安装偏差为纵坐标作图3。由图3可以看出，在相同偏差段管长下，最大允许安装偏差的大小顺序为：组合6 < 组合5 < 组合4 < 组合3。由于从组合3~6中管径由组合3的323.9 mm增大到组合6的457.2 mm，在壁厚不变的情况下，管径增大，管道整体变薄，最大允许安装偏差减小，安装裕度减小。 随后本文固定管径不变，变化壁厚来从另一方面实现管道厚与薄的变化。选取组合3代表的DN300管径，壁厚选择ASTM管道标准对照表中对应管径壁厚系列汇总的8.38、9.53、10.31 mm三个变量。如图4所示，最大允许安装偏差的大小顺序为：8.38 mm < 9.53 mm < 10.31 mm。在管径不变的情况下，壁厚减小，管道整体变薄。最大允许安装偏差减小，安装裕度减小。 图3. 管径变化对最大允许安装偏差的影响图 图4. 壁厚变化对最大允许安装偏差的影响图 因此从总体而言，不论管径增大还是壁厚减小，最终结果如果使得管道整体变薄，那么管道对于安装偏差的容忍能力更低，即安装裕度更小。 4.3. 管道压强对安装裕度的影响 对于民用高层建筑而言，其较高的管道压强是必须考虑的一点，因此再选取常压工况进行计算，并与工作压强(5 MPa)下的最大允许安装偏差进行比对。管径壁厚组合选取组合1，以偏差段管长为横坐标，最大允许安装偏差为纵坐标作图5。由图5可以看出，在其他条件不变的情况下，常压下管道的最大允许安装偏差均大于5 MPa工作压强下管道的最大允许安装偏差。其原因在于管道内压强的存在会给管道施加轴向与纵向的压力，而这些压力最终会参与到评判一次应力的综合应力的计算中。相对应的用于承受由于安装偏差产生的综合应力的裕度减少了，因此其他条件不变时最大允许安装偏差会对应减少，安装裕度减小。且两者的差距随着偏差段管长的不断增大而扩大。这可以解释为管道对安装偏差产生的应力的“削弱”效果。 图5. 管道压强对最大允许安装偏差的影响图
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user: 5. 结论 本文针对民用高层建筑管道安装裕度问题，以最大允许安装偏差为量化指标研究了偏差段管长度、管道厚薄、管道压强等因素对安装裕度的影响，得出如下结论： 1) 安装裕度随偏差段管长呈幂函数增长。规范中以偏差段管长的百分比或者指定数值来对安装裕度进行限制，这使得部分情况下会出现一个临界偏差段管长，低于此临界值时安装裕度不足，高于此临界值时安装裕度溢出。 2) 管道越厚，安装裕度越大。保持管径不变增大壁厚或者保持壁厚不变减小管径都会使管道变厚，其他条件不变时安装裕度增大。 3) 管道压强会降低安装裕度，降低幅度随偏差段管长增大而逐渐增大。因此民用高层建筑必须谨慎考虑高压对安装裕度的削减情况。
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user: 摘 要 局部冲刷减小桥墩或桥台的埋深而威胁桥梁的安全。本研究建立了三种工况，初步研究框架结构及其两种不同安装模式下的地减轻圆柱体周围的局部冲刷情况。在试验中，将混凝土圆柱体置于透明玻璃板上的薄层石英砂床中，并在玻璃板下设置摄像机，以记录局部冲刷面积的变化。这一可视化方法可以直观记录泥沙的局部冲刷范围变化，进而更好地理解水流局部冲刷作用下桥墩周围泥沙的运动。试验中测量了圆柱体或框架结构周围的流速场，并记录了0.288 m/s的流速下各工况的冲刷过程。结果表明，该框架结构能有效地防止减小局部冲刷，有利于圆柱体后泥沙的存留。 关键词 :局部冲刷，框架结构，混凝土圆柱 Copyright © 2019 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 水流作用下，冲刷通常在河道桥梁的墩台周围持续发生。桥梁设计工作者在进行桥梁基础设计时，必须考虑采取一些防护工程对桥墩周围的床面进行护底防护，以保证桥墩的安全与稳定。而在所有的冲刷方式中，局部冲刷对桥梁产生最大威胁，这是因为它使得桥基周围形成冲刷坑进而减小其埋藏深度。因此，桥墩局部冲刷防护工程一直是防止河槽中桥墩周围床面冲刷、桥墩失稳和桥梁水毁的重要措施之一。为了减轻局部冲刷现象，研究人员开发了各种方法来保护桥基。近年来研究过的实体抗冲防护工程措施包括护圈防护 [ 1 ] [ 2 ] 、桥墩开缝防护 [ 3 ] 、墩前牺牲桩防护 [ 4 ] [ 5 ] 以及护坦减冲防护等。但对于框架体结构应用与桥墩局部冲刷防护还不多。本文将混凝土圆柱体作为研究对象，并将木制网架结构绑定为边界，初步研究网架结构对局部冲刷的影响，因此本研究仅建立了三种试验工况，并从流场和冲刷过程两方面对试验结果进行了分析。
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user: 2. 实验方案 2.1. 试验装备 试验采用的混凝土圆柱体的直径为0.15米、高度为0.3米。水流速度采用美国Nortek USA公司生产的声学多普勒测速仪测量，这种水流测速仪是一种高分辨率的声学测速仪，用于测量从实验室到海洋的各种应用中的3D流速测定。木制框架结构由104根直径为0.008米的木棒制成，如图1所示。 图2为实验装置在水槽中的布置图。该实验水槽位于同济大学水利与港口工程综合实验室，其长为50.0米，宽为0.8米，高为1.2米。该水槽的双向流动模拟系统可以模拟恒定流和非恒定流，最大流速为0.3 m/s，水槽中部设置长1.0 m、宽0.8 m的透明玻璃板。水槽的其他底板由不透水混凝土制成，所有侧壁由有机玻璃材料制成。在水槽的两端分别安装了两个金属网，以保证水槽中的流量稳定。在玻璃板上粘贴5 cm × 5 cm的透明网格以利于定量分析。在玻璃板下面设置一个摄像机来记录冲刷过程，这为研究石英砂运动提供了一种高度可视化的方法。摄像机的分辨率为1920 × 1080像素、最大帧频为50 Hz，有效的摄像面积为0.96 m × 0.65 m (长度 × 宽度)。为了更清晰地记录局部冲刷过程以及更快地得到冲刷结果，将砂层厚度为0.014 m，将圆柱体置于玻璃板的中心，然后将石英砂均匀地铺设在水槽中。石英砂的半径服从均匀分布，平均半径为0.748 mm，最大半径与最小半径之比为2.0，粒径分布范围为0.5 mm~1 mm。石英砂的密度为1800 kg/m 3 ，水深为0.3 m。 图1. 木制框架结构 图2. 水槽中试验布置 2.2. 试验内容 在冲刷试验开始之前，对单个混凝土圆柱体在不同流速下的局部冲刷进行了试验。当流速约为0.26 m/s时，桥墩周围出现明显的局部冲刷，但冲刷过程非常缓慢，因此最终试验在为0.288 m/s时进行。图3所示为框架结构在圆柱体上的安装模式，并以此建立三种工况的试验，见表1。流场的测量点如图3所示，并设置了三个测量层，其测量层的位置设置为30 cm、25 cm和20 cm水深。 根据已建立的工况，各试验的准备工作(不加水)据图2完成。水流以0.022 m 3 /s的流量从水库在水槽前部的进水口向水槽中缓慢注入水。当水深达到0.3 m时，关闭水槽入水水泵。当沙子浸泡0.5小时后，打开流量泵产生流速。实验开始时，据不同工况，流速由0增加到特定值，水流流速的增量约为0.005 m/s，当流速达到要求值时，打开摄像机记录冲刷过程。局部冲刷稳定后，采用声学多普勒测速仪(ADV)测量圆柱或框架体周围的流场。在本研究中，局部冲刷约0.5小时后稳定。最终当冲刷超过1小时，关闭流量泵停止水流流速，然后慢慢地从水槽中放出水并记录最后的冲刷结果。 Table 1 Specific conditions of the three working condition 试验编号 流速 框架结构安装方式 具体情况 m/s E1 0.288 (图3(a)) 如图4所示，混凝土圆柱体被放置在玻 璃板的中心。砂层厚度为1.4 cm。此外，混凝土圆柱体的中心位于砂区的中心。 E2 0.288 (图3(b)) E3 0.288 (图3(c)) 表1. 三种工况的具体情况 图3. 不同工况下的框架结构安装方式及各测量层的流速测量点(单位：cm) 2.3. 冲刷面积的测量 当实验完成后，获得冲刷过程的视频。如2.1节所述，在玻璃板上粘贴的5 cm × 5 cm网格便于快速计算。图4为试验编号为E1的试验冲刷结果，此时冲刷时间为30分钟。网格分析表明，局部冲刷面积约为32 × 25 cm 2 。 图4. 试验E1在冲刷时间为30分钟时的局部冲刷结果
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user: 3. 试验结果 对工况E1、E2和E3进行流场分析，结果如图5所示。在图5中，每个箭头线的大小表示当前速度的大小。各组试验的流速为0.288 m/s，测量点如图3所示，每个点在高度方向上测量3层。总体而言，各点流速随水深增加变化不大。而框架结构使水流运动更加稳定，这是因为框架结构的存在增加了更多的阻水结构，使得水流的绕流变轻。E2、E3的结果表明，出水口后水流速度明显减小，说明圆柱体的绕流减轻后，在空隙体内部的水流减缓，因此对泥沙的冲刷作用极大地降低。在E3工况下框架体下游出口的近底流速大于E2工况中的情况。 图5. 流速为0.288 m/s时，三种工况下的流场情况(俯视)，其中D w 代表水深。 如图6所示为E1、E2和E3的冲刷发展过程，仅对桥墩周围的局部冲刷进行分析。结果表明，E1工况下，随着冲刷时间的增加，混凝土圆筒周围的砂粒迅速移动，形成圆形冲刷坑；60分钟后，混凝土圆筒周围的石英砂基本消失。而框架结构的引入减轻了绕流的强度，进而减少了石英砂的冲刷，使得圆柱体后的石英砂留存更多。工况E2的框架结构安装方式比工况E3能在圆柱体周围保留更多的石英砂。但在E2和E3情况下，框架结构与水槽侧的距离较小，导致框架结构与水槽边壁之间的冲刷极为强烈。对冲刷时间为60 min的3种情况，将水槽下摄像机拍摄的照片与俯视图拍摄的照片进行了比较，表明水槽下摄像机的记录准确反映了局部冲刷的实际情况。 结合图5和图6，当水流速度速接近于零的区域表示不同的结果：在没有框架结构的情况下，这些区域不存在石英砂，而在框架结构安装的工况下则相反。框架体中每一个圆杆相当于是一个小型圆柱，水流流过时产生绕流，但由于框架体的圆杆尺寸较小，距离较近，使得各绕流相互影响进而抵消，最终使得圆柱体绕流强度很小并减少了泥沙冲刷，保存了更多的泥沙。 图7所示为局部冲刷面积随冲刷时间的增加而变化的情况。分析结果发现，当流速为0.288 m/s时的冲刷过程开始阶段，混凝土圆柱体周围的局部冲刷面积迅速增加，20分钟后，所有局部冲刷开始稳定，E1、E2和E3的冲刷面积分别为0.115 m 2 ，0.05 m 2 和0.08 m 2 ，其中E2和E3的冲刷面积分别与E1的冲刷面积比为43%和69%，说明E2使得冲刷面积减小了一半。因此框架结构的存在显著地减少了局部冲刷，并且工况E2比E3更加有效。 图6. 流速为0.288 m/s时3中工况下的局部冲刷过程。每组前3张图片为玻璃板下的摄像机记录结果，最后一张图片为从水槽顶部俯视记录的照片 图7. 局部冲刷面积随冲刷时间的增加而变化
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user: 4. 结论 本文通过三个工况的试验，研究了框架结构对混凝土圆柱体周围局部冲刷的影响。从流场和冲刷过程两方面对计算结果进行了分析。主要结论如下： 1) 在水槽下设置摄像机，记录局部冲刷过程，可以最有效地获得局部冲刷面积的变化结果。基板上粘贴网格可以很容易地计算冲刷面积，以便比较不同情况下的冲刷强度。 2) 框架结构的存在大大减小了局部冲刷，并将更多的砂子存留在圆柱体后。 3) 如果框架结构的进水口较小，则能更有效地减少局部冲刷。
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user: 摘 要 本文基于珠海–澳门S波段双偏振多普勒天气雷达主要偏振参量资料，包括不同高度上的雷达水平反射率因子ZH、差分反射率因子ZDR、零滞后相关系数ρ HV 和比差分相移KDP。结合闪电定位仪数据，系统分析了2018年6月12日发生在珠江三角洲地区的一次雷暴个例，研究双偏振雷达参量特征与闪电之间的关系。结果表明：强回波区和弱回波区都有负地闪的分布，而正地闪主要分布在强回波中心及其附近区域。ZH随着高度增加而减小，而7 km上闪电都分布在ZDR的负值区，ρ HV 是随着高度增加表现为先增大后减小，KDP随着高度增加而减小。 关键词 :双偏振雷达，闪电，水平反射率因子，差分反射率因子，相关系数 Copyright © 2019 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 雷电的发生与季节、地理、地形、地质及气候等因素有关，在我国由雷电引起的灾害事件呈逐年增长的趋势，尤以南方地区更为显著，并严重威胁着人民群众的生命和财产安全。而雷暴活动时间和空间尺度较小，发展及消亡都有可能短时间在小尺度范围内发生，因此对其雷电活动日常监测预警提出更高的要求 [ 1 ] 。 目前针对雷电的探测有多种技术手段，其中利用多普勒天气雷达进行探测和预报是重要的技术手段之一，而且已经被广泛的应用于短时临近预报中。双线偏振雷达相对于传统多普勒天气雷达有诸多进步，传统的天气雷达只能获取回波强度、径向速度、速度谱宽。而新一代天气雷达除了具有传统的功能外，还可以探测降水系统的差分反射率因子(ZDR)、差分相移率(KDP)、以及相关系数(CC)等偏振参量。通过对这些参量的融合计算，还可以进一步得到降水的更多信息。相比于常规多普勒天气雷达，双线偏振雷达在探测云和降水方面则比常规雷达有更强的能力，尤其是在估测降水和识别云中粒子相态方面，双线偏振雷达都表现出了极大的优越性能 [ 2 ] 。双线偏振雷达的工作原理与传统多普勒天气雷达不同，常规天气雷达是发射单一水平方向的电磁波，同时接收回波信号来完成探测，而双线偏振雷达则是通过同时发射或交替发射水平和垂直方向的电磁波，并接收两个偏振方向的回波信号来完成探测。相比而言，国外对于双线偏振雷达的研究早于国内，特别是在偏振参数应用、数据质量优化和矫正等方面已经取得了一定的研究成果 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] 。国内最早关于双线偏振雷达方面的研究从20世纪80年代开始，中国气象科学研究院最早在甘肃平凉开展实验，利用双线偏振雷达来进行降水估测、粒子相态识别等方面的研究 [ 8 ] 。 雷暴云的生命史可以分为发展、成熟和消亡3个阶段，而在每个阶段都有可能伴随着闪电的发生，成熟阶段闪电最为剧烈。雷暴云中闪电的发生具有一定的随机性和不确定性，一般认为雷暴云中的正负性电荷碰撞导致放电从而产生闪电。但是由于雷暴云的发展阶段、高度和结构差异明显，因此云内电荷结构较为复杂，云内起电的机制目前还没有较为清楚的定论。不少的研究认为，强的上升气流和冰相粒子的碰撞是起电的基本条件 [ 9 ] 。而双线偏振雷达所提供的多种偏振参量，对改善传统雷达估测降水和识别降水粒子相态等方面都有较好的应用效果 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] ，因此利用双线偏振多普勒雷达探测雷电活动有较为广泛的应用潜力 [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] 。本文主要利用珠海–澳门合作共建的S波段双偏振多普勒天气雷达(后文简称珠海雷达)和闪电定位资料，对珠江三角洲地区发生的一次雷暴天气过程进行雷达特征和闪电分布进行分析，并探讨雷达回波区内双偏振雷达特征参量和闪电特征参数的大小及分布特点，最终概括总结两者之间的相关关系。
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user: 2. 双偏振多普勒天气雷达简介 珠海S波段双偏振雷达于2013年12月开始正式运行，观测模式为双发双收模式，雷达其他主要参数见表1。在双发双收模式下，珠海雷达可以获取水平反射率Z H 、多普勒径向速度V、谱宽W三个和常规多普勒雷达相同的雷达参量，同时还可以获取4个双偏振量，包括水平反射率因子Z H 、差分反射率因子Z DR 、零滞后相关系数ρ HV 和比差分相移K DP 。此外，还可获取反应雷达内部噪声水平的雷达参数S NR 。 Table 1 Main parameters of Zhuhai-Macau dual polarization rada PPI扫描任务名 PPIVOL_A (低仰角) PPIVOL_B (中仰角) PPIVOL_C (高仰角) SURVELLANCE (远距离监视扫描) 仰角(deg) 0.1 0.5，1.5，2.4，3.4，4.3，6.0 9.9，14.6，19.5 0.5 脉冲重复频率(Hz) 650/488 650/488 999/666 325 脉冲宽度(μs) 1.57 1.57 1.57 1.57 分辨率(m) 250 250 250 1000 最大不模糊速度(m/s) 48.8 48.8 53.1 8.1 最大不模糊距离(km) 230 230 150 460 PPI扫描任务重复间隔 6 6 6 6 扫描速度(deg/s) 8 14 20.8 12 取样个数 64 32 32 23 表1. 珠澳双偏振雷达主要参数
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user: 3. 资料分析结果 2018年6月12日至13日，珠三角地区发生了一次明显的雷暴过程，闪电定位系统也监测到多次闪电过程，因此本文选取此次过程作为一次个例进行分析。图1给出了12日17：20分多个雷达产品和闪电叠加图。其中“+”表示正地闪，“−”表示负地闪。其中所有的地闪都是在雷达同一个体扫时间内发生的，即17：20至17：26。根据雷达参量与地闪的关系，图1选取了原始雷达回波Z、水平反射率Z H 、差分反射率Z DR 、比差分相移K DP 、相关系数ρ hv 和V EL (m/s) 径向速度等参量进行分析。从图1(a)可以看出，影响珠三角地区的雷暴云团主要有两块，因此为了便于区分和讨论，把位于雷达中心西北的大片云团记为雷暴云团A，而雷达中心位置附近云团记为雷暴云团B。从图1(a)叠加闪电的原始反射率因子Z回波图上可看出，雷暴云团A的强度偏大于雷暴云团B，同时云团A附近的云地闪个数明显偏多于云团B。在同一体扫时间内，研究区域内共发生了123个云地闪，其中35个为负地闪，88为个正地闪。35个负地闪和88个正地闪均集中在云团A强回波中心及其附近；另外还有9个负地闪和8个正地闪在云团B处，分布较零散。云地闪个数与云团发展的旺盛程度有很好的相关关系。Z DR 的PPI回波图上特征不明显。为了进一步研究双线偏振雷达的偏振参量三维结构特征及其与闪电的关系，本研究对17：20开始的体扫数据作CAPPI图分析，结合签名的分析可知Z DR 的CAPPI图没有明显特征，因此本文只选取水平反射率Z H 、差分反射率Z DR 、比差分相移K DP 、和相关系数ρ hv 的CAPPI图进行分析。 图1. 2018年6月12日17:20叠加闪电的PPI图 3.1. 水平反射率因子Z H 的CAPPI图分析 图2给出了水平反射率因子Z H 的CAPPI图。一般认为5~7 km高度是闪电起始的高度，由于雷达系统无法获得闪电起始的垂直高度，因此本文只能大概认为闪电起始位置在5~7 km高度。从图2可看出，云团A处40 dBz回波基本在5 km以下，5 km以上回波强度比较弱，云团A处闪电有正地闪也有负地闪，分布比较集中。从3 km高度平面看，云团A > 40 dBz强回波面积较大，5 km高度平面上，强回波面积略有缩小，7 km高度平面上强回波面积进一步缩小，强度基本上在25~30 dBz之间。一般来说，雷暴云中正电荷主要分布在雷暴云底部或上部，因而正地闪出现时的水平反射率因子Z H 比负地闪的Z H 要低。云团B回波较弱，可见其垂直发展一般，同样有正地闪也有负地闪，但发生频次较少分布比较分散，而在7 km高度的平面上，基本看不到强回波中心。从以上分析可知，3 km到7 km垂直高度上，水平反射率因子Z H 是随着高度增加而呈现减小的变化特征。 图2. 2018年6月12日17:20叠加闪电的Z H 的CAPPI图 3.2. 差分反射率因子Z DR 的CAPPI图分析 差分反射率因子(Z DR )的定义为水平反射率因子(Z H )与垂直反射率因子(Z V )的比值。由定义可知，差分反射率因子Z DR 的大小与降水粒子的形状、大小、空间取向有关，而与降水粒子的数量无关，并受粒子的倾斜程度影响，其大小能反映出粒子在水平和垂直方向上的变形信息。图3给出了差分反射率因子Z DR 的CAPPI图，从图中可发现，3~5 km高度平面上看不出闪电处Z DR 分布有明显的特征，而7 km高度平面上闪电都是在Z DR 负值区，可见Z DR 的负值区与闪电发生有密切联系。 图3. 2018年6月12日17:20叠加闪电的Z DR 的CAPPI图 3.3. 零滞后相关系数ρ HV 的CAPPI图分析 雷暴云内降水粒子主要受重力(浮力)、阻力和电场力三力共同作用影响。当电场力为零时，降水粒子主要在湍流作用下排列成无明显规则，而当电场力增大并成为优势力时，降水粒子会沿着电场方向有序排列，其排列度和电场强度正相关，而零滞后相关系数ρ HV 的大小反映了云内水成物粒子的形状。从ρ HV 的CAPPI图(图4)可看出对于云团A在3 km和7 km高度平面上，闪电处的ρ HV 在0.9以上，5 km高度平面上ρ HV 值最大；云团B在3~7 km高度平面上，闪电区东侧出现了一块ρ HV 的小值区。总体来看，从3 km到7 km高度，零滞后相关系数ρ HV 是随着高度增加，表现为先增大后又减小的分布特征。 图4. 2018年6月12日17:20叠加闪电的ρ HV 的CAPPI图 3.4. 比差分相移K DP 的CAPPI图分析 比差分相移K DP 的定义为在特定距离内水平偏振回波和垂直偏振回波相位之间的差值。从定义可知，比差分相移K DP 是一个与水成物的形状、介电常数和数密度有关的参量。相比于反射率因子，K DP 对降水粒子分布的变化不敏感，测量值不受部分波束阻挡和各向同性粒子的影响，但它依赖于粒子的密度。理论上K DP 能从统计意义上识别非球形降水粒子(雨滴一般可看作扁旋转椭球粒子)群旋转轴在空间均匀随机取向和一致垂直取向时的情况。旋转轴在空间均匀随机取向时(K DP ≈ 0)，而旋转轴在空间一致垂直取向时(K DP ≠ 0)，在用K DP 识别粒子形状时通常认为降水粒子群旋转轴在空间呈一致垂直取向。雨滴K DP 值一般较大，从图5可看出对于云团A在3 km到7 km高度平面上，闪电处的比差分相移K DP 在0.9以上，从低层到高层，K DP 随着高度增加而减小。云团B可能由于发展不够旺盛，其比差分相移K DP 随高度变化特征不显著。 图5. 2018年6月12日17:20叠加闪电的K DP 的CAPPI图
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user: 4. 结论与讨论 1) 从Z H 的CAPPI图上看，云团A处3 km高度大于40 dBz强回波面积较大，5 km高度强回波面积略有缩小，7 km高度强回波面积进一步缩小，强度基本上在25~30 dBz之间，水平反射率因子Z H 是随着高度增加而减小的。 2) 从Z DR 的CAPPI图上看，3~5 km高度平面上看不出闪电处Z DR 分布有明显的特征；7 km高度平面上闪电都是在Z DR 负值区，可见Z DR 的负值区与闪电发生有密切联系。 3) 从ρ HV 的CAPPI图上看，云团A在3 km和7 km高度平面上，闪电处的ρ HV 在0.9以上，而5 km高度平面上ρ HV 值最大，零滞后相关系数ρ HV 是随着高度增加表现为先增大后又减小的特征。 4) 从K DP 的CAPPI图上看，云团A在3 km、5 km和7 km高度平面上，闪电处的比差分相移K DP 在0.9以上，从低层到高层，K DP 随着高度增加而减小。云团B可能由于发展不够旺盛，其比差分相移K DP 随高度变化特征不显著。
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user: 摘 要 利用常规气象观测资料、物理量场计算数据和FY-2D等资料，对2015年6月9~10日新疆昌吉州暴雨天气过程的环流形势演变特征和暴雨形成原因进行了诊断分析，研究表明：此次暴雨过程发生在南亚高压呈双体型的形势下，西西伯利亚低槽是本次暴雨的主要影响天气系统，其北段槽快速东移并向北收缩，而南段槽则在巴尔喀什湖附近向南加深发展且移速缓慢，导致北段槽后冷平流与南段槽前暖湿平流得以在天山北麓交汇，同时建立上干冷，下暖湿的大气不稳定层结；低层丰沛的水汽以两条路径输送至降水区；控制新疆大部地区的高压脊稳定少动，导致中低层辐合上升、高层辐散下沉运动持久，并在物理量假相当位温、k指数和si的最佳配置下诱发昌吉州产生暴雨天气；暴雨的对流云团产生在冷锋云系的前部，是中天山地形的辐合抬升作用所致，不断生成的对流云团合并加强，并沿昌吉州自西向东移动而形成“列车效应”，造成昌吉州出现强降水。 关键词 :暴雨过程，环流形势，物理量，对流云团 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 强降水是在一定的大尺度环流形势和各种物理量场的相互配合下，直接由天气系统产生的，对国防和社会经济建设关系密切。在业务预报过程中分析不同尺度的天气系统生成发展的环境条件，判断天气系统发生发展的潜势至关重要。 新疆地处干旱半干旱地区，暴雨标准是其他城市的一半左右，且降水频次远远不如我国其他城市，但由于暴雨具有落点分散、历时短、强度大、局地性强的特点，危害程度十分严重 [ 1 ] [ 2 ] 。新疆强降水出现频次最高在5~8月，其中6月最多 [ 3 ]，在新疆气候由暖干向暖湿转变的大背景下 [ 4 ]，虽然暴雨概率小，暴雨天气仍是夏季干旱地区气象部门预报的难点。多年来，新疆气象工作者对新疆暴雨的形成条件、产生机理进行了一些研究 [ 5 ] - [ 12 ]，提出100 hPa南亚高压双体型、200 hPa西南急流、500 hPa控制新疆的副热带大槽以及中低层三支急流的暴雨天气概念 [ 13 ]，且研究区域多在伊犁、阿勒泰地区，对昌吉地区暴雨的研究较少。 昌吉州位于天山北麓，地处亚欧大陆的腹地，准格尔盆地的南缘，南部为山地，中部平原、北部沙漠，整个地势呈现南高北低的阶梯之势。2015年6月9~10日昌吉州暴雨天气过程具有受灾面积大、影响范围广、降水量突破历史极值的特点，且不存在副热带大槽和中低层急流配合，不完全符合新疆暴雨天气概念。王春燕从部分物理量(水汽通量散度、假相当位温等)、高低空急流配置、地形方面对此次天气过程进行了分析14]。此文将从不同角度(水汽源地、K指数、垂直速度、散度等)再次剖析此次天气过程，深入探讨当地暴雨的成因，以期提高对当地暴雨过程的预报能力，为今后此类暴雨预报、预警提供一些借鉴和参考依据。
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user: 2. 暴雨概况 受西西伯利亚东移的高空槽影响，2015年6月9~10日昌吉州出现入汛以来最强的降水过程(见图1)，大部地区降水为6 mm以上，共34个测站达24 mm以上，占总测站的近1/3，其中8个站出现48 mm；降水大值区主要集中在中东部的南部山区，极大值位于木垒南部山区的照壁山双湾，为108.8 mm；木垒县日降水量达62.0 mm，突破历史同期极值(1999年6月18日40.1 mm)。此次降水过程具有降水量大、持续时间长、部分时段降雨量强度大等特点。此强降雨造成我州四县市29个乡镇洪涝、风雹灾害，全州受灾人口19，512人，农作物受灾面积6062公顷，房屋受灾严重，直接经济损失3053万元。 图1. 2015年6月9~10日昌吉州各县市降水量(单位：mm)
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user: 3. 大尺度环流形势演变特征 3.1. 高层环流特征 过程前期100 hPa南亚高压分裂成两个中心(见图2)，呈现带状双体型，至9~10日双体型较为明显，中心分别位于伊朗高原南部上空和青藏高原的西南部上空，咸海与巴尔喀什湖之间为低槽，但低槽的经向度并不大，约南北跨越10个经距。 图2. 6月9日20时100 hPa高度场 200 hPa新疆偏北至甘肃、华北一带存在大于30 m/s的大风速轴，其中新疆上空为西北急流，昌吉州处于急流轴附近，对昌吉州的大降水有一定的高空抽吸作用。 3.2. 500 hPa环流形势特征 过程前期，欧亚范围的中高纬度500 hPa图上为两槽一脊经向环流形势(图略)，乌拉尔山到西西伯利亚平原和贝加尔湖到东西伯利亚分别是长波槽区，中西伯利亚、新疆至贝加尔湖以西为一长波脊区，环流经向度较大。本次暴雨影响天气系统是乌拉尔山到西西伯利亚平原的低槽，该低槽大约有20个径距，发展较强。8日开始，随着欧洲环流减弱，此低槽分裂为南北两个槽，其北段槽快速东移并向北收缩，而南段槽移至巴尔喀什湖附近则向南加深发展且移速缓慢(图3(a))，槽中暖平流的动力加压作用促使新疆高压脊加强并向北发展(图3(b))。北段槽后西北气流携带的冷平流与巴尔喀什湖附近的南段槽前的暖湿西南气流在北疆天山一带交绥。至此，新疆西部地区处于南段槽前即新疆高压脊后部的西南气流中，该地区500 hPa的温度露点差只有1℃~2℃，表明这里空气的湿度较大，同时北疆已逐步被北段槽后部的西北气流所控制，北疆大范围的降水开始。此后，10日08时低槽主体继续东移，槽中冷平流不断侵袭槽前高压脊，使其减弱，同时南段槽也在减弱，在南疆偏西地区只有580dagpm线能表征南段槽，因该槽明显减弱，等高线变得稀疏。北段槽已移到西西伯利亚地区(图3(c))，但北疆大部仍盛行冷平流，降雨持续。10日20时低槽已经完全移出新疆上空，转为高压脊控制，降水结束(图3(d))。 图3. 6月9~10日500 hPa高空实况场 从高空500 hPa来看，造成此次强降水过程的高空冷平流明显，T-Td配合较好，但新疆上空的高空脊稳定少动，促使上游低槽强度不断加强并主体北抬，南段槽等高线较为稀疏，仅580dagpm较为明显，为预报带来一定的困难。 3.3. 中低层环流特征 9月08时700 hPa中伊朗副高西伸至73˚E，位于南疆喀什西边境附近，700 hPa、850 hPa北疆上空为高空脊控制，温度脊压在北疆上空，500 hPa与850 hPa的温度差在27℃~34℃之间，形成了下暖上冷的温度层结，且北疆上空为冷平流控制。20时伊朗副高不断西伸，压在北疆上空，北疆上空为明显的冷平流控制，低层t-td的饱和湿区与降水时段配合较好。 3.4. 地面形势特征 造成此次暴雨的高压路径为西北路径(见图4)，高压在我国关键区加强后东进，9日20时冷高中心达1028 hPa，高压前冷锋压在昌吉州中部至南疆偏西地区，南疆地区为热低压控制，中心气压为993 hPa，高、低压之间的气压差达35 hPa，冷高压强度较强；昌吉州受到高压前缘和冷锋的共同作用，暖湿空气沿冷锋锋面爬升，促进水汽的凝结，大范围降水于17时前后开始；10日20时冷高压持续加强，中心达1031 hPa，且稳定少动，伴随着冷锋移动至东疆至南疆中部，昌吉州大范围降水结束。 图4. 6月9日20时海平面气压场(单位：hPa)