Bin Wang;Shengran Hao;Shu Liu;Duote Liu;Yongle Li;Haicui Wang
Wind and Structures
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제39권3호
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pp.207-222
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2024
This paper presents a numerical simulation method for snow drift that takes into account the cohesion effect of snow particles. The critical state of free collapse accumulation of idealized snow particles is used to indirectly infer the effect of interparticle interactions on snow transport and re-accumulation. With the help of the Hertz-Mindlin with JKR cohesion contact model, the particle angle of repose is calibrated with a number of contact parameters through numerical experiment. The surface energy for a given property of snow particles is determined using the observed snow angle of repose, and a continuous-discrete snow drift two-way coupled numerical model incorporating these optimized contact parameters is developed. The snow redistribution pattern on a stepped flat roof structure is simulated, and the results are found to be consistent with those of the field measured in terms of phenomena and general laws, verifying the achievability and effectiveness of the presented method. To eliminate the influence of environmental conditions, wind tunnel tests are also conducted, and it is found that the reconstructed depth and reaccumulated angle of snowdrift resulting from the numerical simulation are in closer agreement with the experimental results, further confirming the enhancement achieved by introducing the contact effect.
Snowdrifts around buildings can cause serious problems when formed on undesirable places. The formation of snowdrifts is highly connected to the wind pattern around the building, and the wind pattern is again dependent on the building design. The shear stress on the surface and snowdrifting around different buildings are investigated through CFD analysis and compared to measurements. The computations of shear stress shows local minima in the same areas as snowdrifts are formed. The snowdrifting computations utilises a drift-flux model where a fluid with snow properties is allowed to drift through a fluid with air properties. An apparent dynamic viscosity of the snow/air mixture is defined and used as a threshold criterion for snowdrifting. The results from the snowdrifting computations show increased snow density where snowdrifts are expected, and are in agreement with previous large-scale snowdrift measurements. The results show that computational fluid dynamics can be a tool for planning building design in snowdrifting areas.
Due to the complexity and difficulty in meeting the multiphase flow complexity, similarity, and multiscale characteristics, the mechanism of snow drift is so complicated that the snow deposition prediction is still inaccurate and needs to be far improved. Meanwhile, the validation of prediction methods is also limited due to a lack of field-measured data about snow deposition. To this end, a field measurement activity about snow deposition around a cube with time was carried out, and the snow accumulation process was measured under blowing snow conditions in northwest China. The maximum snow depth, snow profile, and variation in snow depth around the cube were discussed and analyzed. The measured results indicated three stages of snow accumulation around the cube. First, snow is deposited in windward, lateral and leeward regions, and then the snow depth in windward and lateral regions increases. Secondly, when the snow in the windward region reaches its maximum, the downwash flow erodes the snow against the front wall. Meanwhile, snow range and depth in lateral regions have a significant increase. Thirdly, a narrow road in the leeward region is formed with the increase in snow range and depth, which results in higher wind speed and reforming snow deposition there. The field measurement study in this paper not only furthers understanding of the snow accumulation process instead of final deposition under complex conditions but also provides an important benchmark for validating prediction methods.
A dynamical seasonal prediction system for boreal winter utilizing cryospheric information was developed. Using the Community Atmospheric Model, version3, (CAM3) as a modeling system, newly developed snow depth initialization method and sea ice concentration treatment were implemented to the seasonal prediction system. Daily snow depth analysis field was scaled in order to prevent climate drift problem before initializing model's snow fields and distributed to the model snow-depth layers. To maximize predictability gain from land surface, we applied one-month-long training procedure to the prediction system, which adjusts soil moisture and soil temperature to the imposed snow depth. The sea ice concentration over the Arctic region for prediction period was prescribed with an anomaly-persistent method that considers seasonality of sea ice. Ensemble hindcast experiments starting at 1st of November for the period 1999~2000 were performed and the predictability gain from the imposed cryospheric informations were tested. Large potential predictability gain from the snow information was obtained over large part of high-latitude and of mid-latitude land as a result of strengthened land-atmosphere interaction in the modeling system. Large-scale atmospheric circulation responses associated with the sea ice concentration anomalies were main contributor to the predictability gain.
This study looked at designing, building and operating temporary camp, the first structures that South Korea built in the Antarctica. While there may be differences in accordance with the topography, ground surfaces in the Antarctica are covered broken stones, glaciers and snow. Hence, such topographical characteristics should be taken into account when conducting any construction work. To ensure successful assembly construction in the Antarctica using modules, prior trial assembly work should be done in Korea to identify any possible trouble in the actual construction process. Assuming that the workers will have to spend at least one winter in the temporary camp, the work will be more severely affected by adverse weather conditions and snow drift, resulting in the need to clear snow. This can be by designing roofs with curved surfaces. Also, quantitative effects will need to be verified through simulation and actual measurement. It will also be necessary to assess the camp's thermal environment and examine its air-conditioning methods. To identify the temporary camp's thermal system, the temperatures and humidities were measured, and the heating system was designed not to offer automatic control or desired value selection functions.
인공위성 수동 마이크로파(passive microwave, PM) 센서는 1970년대부터 극지 해빙의 면적비(sea ice concentration, SIC)와 표면 온도(ice temperature), 적설 두께(snow depth) 등을 관찰하고 있다. 특히 SIC는 기후 및 환경 변화 관찰을 위한 1차 요소로 고려되는 등 다양한 연구 분야에서 중요한 역할을 하기 때문에 PM SIC의 지속적인 검증과 보정이 필요하다. 본 연구에서는 2005년 7-8월 북극해의 가장 자리를 촬영한 KOMPSAT-1 EOC 영상으로부터 SIC를 계산하였고, 이를 NASA Team(NT) 알고리즘으로 계산된 SSM/I SIC와 비교하였다. EOC와 SSM/I NT SIC는 서로 다른 해상도와 관측 시각을 가지며 북극의 여름철 해빙 분포지역의 가장자리에서 해빙의 시공간적인 변화가 크기 때문에, 해빙의 유형을 고려하지 않았을 경우 0.574의 낮은 상관성을 보였다. 해빙의 유형에 따른 SSM/I NT SIC를 검증하기 위하여 EOC 영상으로부터 정착빙, 부빙, 유빙으로 해빙 형태를 분류하였고, 각 유형 별로 EOC와 SSM/I NT SIC를 비교하였다. 정착빙의 면적비는 EOC와 SSM/I NT SIC 사이에서 평균 오차가 0.38%로 매우 유사한 값을 나타냈다. 이는 정착빙의 시공간적인 변화가 작기 때문이며, 표면에 쌓인 눈은 건조한 상태일 것으로 추정되었다. 부빙의 경우 NT 알고리즘에서 면적비가 과소평가되는 빙맥(ice ridge)과 new ice가 많이 관찰되었으며, 이로 인해 SSM/I NT SIC는 EOC보다 평균 19.63%작은 값을 나타냈다. 유빙 지역에서 SSM/I NT SIC는 EOC보다 평균 20.17% 큰 값을 가진다. 유빙은 부빙의 가장자리와 가까운 지역에 위치하기 때문에 SSM/I의 넓은 IFOV 내에 비교적 높은 SIC를 가지는 부빙이 포함되어 오차를 일으킬 수 있다. 또한 유빙표면에 쌓인 수분 함량이 높은 눈의 영향으로 SSM/I NT SIC가 과대 측정되었을 것으로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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