基于高分辨率数值模拟的杭州市通风廊道气象效应研究

城市通风廊道能增加城市空气流通能力,缓解城市热岛,为了定量评估城市通风廊道的气象效应,本文采用区域边界层化学模式(RBLM-Chem),利用杭州市高分辨率地表类型、城市建筑等资料,开展了杭州市通风廊道影响的模拟研究,模式水平分辨率为250 m。本文针对冬季和夏季两个典型个例进行数值模拟和敏感性试验,夏季个例时间为2013年8月12日,盛行南风,风向顺着通风廊道;冬季个例时间为2014年1月28日,盛行东风,风向垂直于通风廊道。主要结论如下:城市绿色通风廊道有增加风速、降低气温、提高湿度的作用,与没有通风廊道的情况相比,夏季风顺着廊道方向时,廊道区域风速平均增加可达1.4 m/s,廊道区域内60 m高度风速平均增加可达1 m/s。而冬季风垂直于廊道时,廊道区域风速增加较小,仅有0.5 m/s左右。通风廊道夏季降温幅度平均可达2.7°C,冬季降温幅度较小,仅有0.6°C左右。通风廊道对气象场的影响随风向向下游延伸,夏季在通风廊道下游250 m处,风速增加、气温下降、相对湿度增加最大值分别为1.5 m/s、2.9°C、3.1%,即使在通风廊道下游1500 m处,最大降温仍有1.2°C。     

塔中气象要素变化特征

利用塔中气象站12 a的气象要素数据,分析了塔中主要气象要素风、温度、湿度、气压等的变化特征。结果显示,塔中气温年较差、日较差很大,年较差达38℃,空气湿度很小。夜间温度低,日出后气温上升迅速,午后气温最高;3～9月地面风速〉2.0 m/s,冬季多在2 m/s以下。气压日变幅春〉夏〉秋〉冬;各季相对湿度夜间〉白天,冬季...     

ASCAT反演风场与华南及南海站点观测对比分析

利用2014—2017年华南沿海及南海的浮标站、海岛站、石油平台站、沿海自动站等277个自动站风场数据,与ASCAT反演风场进行了对比分析。结果表明,当观测风速小于5 m/s(大于15 m/s)时,ASCAT反演风速的平均绝对误差在3 m/s左右(存在2级左右的高(低)估);当风速介于5~10 m/s时,平均绝对误差在2 m/s左右(多数ASCAT有1~2级的高估);介于10~15 m/s时,ASCAT反演结果相对最好,风速、风向准确率能够达到60%以上。ASCAT对风速的反演结果受陆地影响较大,与观测风速的相关系数从高到低可分为三类:(1)浮标、平台站;(2)西沙、南沙自动站;(3)广东沿海自动站及海岛站、海南海岛站。ASCAT反演风场在风向的应用较风速更优,其中,东北风样本数最多,其次分别为西南风、东南风和西北风。浮标站、平台站、西沙自动站的风向反演质量相对较好;所有测站风向偏差主要由5 m/s以下的弱风贡献。单站多年月平均风速变化显示,ASCAT反演风速相对测站主要为正偏差,且秋冬季比春夏季偏差更大,这可能与大气稳定度有关。      

气象用90m/s回流开闭两用强风风洞设计

为解决国内70m/s以上风速传感器没有检定和校准能力的问题,本文设计一种风速上限为90m/s的回流强风气象风洞,并利用移动导轨使试验段具备开闭两用功能。风洞整体尺寸为26m×10m×4.2m(长×宽×高);流速范围闭口时达到0.49~90.74m/s;控制系统采用物理量全数字化设计,满足计量实验的自动化需求。性能指标通过验收均满足气象低速风洞性能测试规范要求。     

利用春季黄渤海沿海大风观测资料评估CFSR风场再分析数据

利用2008—2010年春季(3—5月)黄渤海沿海地区34个站点的地面观测风场资料,对CFSR(Climate Forecast System Reanalysis)10m风场再分析数据进行对比分析和检验评估。结果表明:CFSR对逐时风速的平均误差以及平均绝对误差大都在1~2m/s之间,对6级以上大风的平均误差大都在-1~-3m/s,而A平台、成山头、西连岛站为-3~-4m/s。CFSR对逐日风速的平均误差基本在-2~2m/s之间,成山头站最大为-3m/s,对6级以上大风的平均误差基本在-4m/s以内,但西连岛站为-4.7m/s。CFSR对更接近海上的站点以及6级以上大风的评估更加偏小,此外逐日误差比逐时偏大1m/s左右。由北方气旋造成的7级以上大风站点最多,平均误差大都为-4~-5m/s。成山头站在南方气旋和低槽冷锋天气类型下的平均误差都在-5m/s以上。CFSR对各种天气系统产生的西北以及偏北大风的次数及其风向的评估均较好,对北方气旋和东高西低产生的偏南大风评估也比较准确,但对南方气旋产生的东北以及偏东大风评估略差。     

基于不同分辨率和参数化方案的新疆区域数值模式性能初步评估

基于中尺度数值模式WRF,选取新疆两次强降水过程,设计3个试验方案,其中试验1为控制试验,试验2提高分辨率,试验3提高分辨率并调整物理参数化方案,初步评估不同分辨率和参数化方案对新疆区域2m温度、10m风速、降水预报的影响。结果表明:(1)提高分辨率对2m温度、10m风速模拟精度均有提高,2m温度预报精度提高约0.5℃,降低了日间温度模拟冷偏差;10m风速预报精度提高约0.5m/s,降低了风速模拟正偏差;但提高分辨率后,模式出现虚假降水预报的情况。(2)提高分辨率并调整物理参数化方案后,2m温度模拟误差略有减小,模拟偏差减小约0.2℃;10m风速模拟误差增大约0.5m/s,模拟偏差增大超过0.5m/s;对降水落区、量级的模拟精度显著提高,减小了降水中心的模拟强度,对虚假降水预报有一定修正。     

南京地面风速概率分布律的城乡差异

根据南京气象站及其周边3个乡村自动气象站2005年逐时风速资料,拟合了风速的概率分布函数,分析表明:南京城、乡地面风速的概率分布均与3参数的韦伯分布吻合度很高,风速概率密度函数(PDF)曲线形状存在明显的城乡差别,城市风速PDF曲线更加陡峻,即风速分布更为集中;在0.75~3.75 m/s,城市风速PDF值明显高于周边乡村,而在3.75 m/s和0.75 m/s范围,城市风速概率密度值则低于乡村;城市下垫面的摩擦效应削弱风速而热力效应起增强风速作用,对风速的城乡差值序列的分析发现:多数时间城市风速是小于乡村风速的,但风速小于1.90 m/s条件下,城市风速会出现大于乡村的现象;总体上摩擦效应的作用远大于热力效应;城市效应使全年平均风速下降0.43 m/s。     

中等到强风条件下近海拖曳系数随风速变化的观测

利用位于海岸的风塔提供的四层风速观测数据,经过系统和严格的数据质量控制,采用风廓线法,研究了海上来风拖曳系数随风速的变化。观测数据共2 003 h,期间包括三个台风数据。(1) 尽管风塔位于海岸,在风速较大时(u10>5.5 m/s),观测数据不受局部地形的影响,海上来风的下垫面具有近海海面的特征;(2) 总体而言,在10～24 m/s之间,当风速小于21 m/s时,随风速的增大,拖曳系数增大,在风速达到21 m/s时,拖曳系数达到最大值,随风速的进一步增大,拖曳系数减小;(3) 近海条件下,海况和波龄与风向密切相关,因此,在使用基于开阔海域海浪充分发展假设的拖曳系数风速参数化方案时,有必要考虑风向产生的影响。      

福清核电厂厂址区域龙卷风设计基准参数的估算

基于1959～2017年福清核电厂区龙卷风的调查资料,采用Rankine涡模型估算该区域超过某一特定风速的概率分布,通过概率值导出设计基准龙卷风和基准设计风速,按照压降模型计算出龙卷风的压降,研究结果表明:福清核电评价区域龙卷风的总压降为4.29 kPa;平移速度13.8 m/s,最大旋转风速57.6 m/s,最大压降速率为1.18 kPa/s,基准设计风速为71.4 m/s,属于F3级别的龙卷风;在125 kg下落的穿甲弹类和2.5 cm实心钢球两种不同情景下计算出的龙卷风产生的飞射物的最大水平碰撞速度均为24.99 m/s、碰撞动量依次为3123.75 kg m s?1和1.615 kg m s?1。这些计算结果,从龙卷风的角度,为政府相关部门在规划和建设福清核电厂时提供了可靠的理论依据。     

长江下游百年一遇的极值风速分布

利用2000-2006年长江下游沿江8个风速、风向观测点与邻近气象站同步对比观测资料和1971—2006年长江下游40个气象站风资料, 依据具99%置信水平的数理重构方案和极值Ⅰ型计算方法, 详细给出长江下游百年一遇风速分布状况。结果表明:长江下游沿江地区百年一遇极值风速为25~38 m/s, 较一般方法上限高3 m/s, 下限低2 m/s; 长江南京—镇江段和南通—崇明段, 是长江下游沿江地区的两个大风区, 百年一遇极值风速不低于29 m/s, 其在入海口附近可达34 m/s以上; 在长江常州—江阴段, 江南、江北对称分布两个风速相对低值区, 百年一遇极值风速为23~24 m/s。该结果充分考虑气象站风速资料和局地风速状况, 是沿江相关工程气象应用的重要补充。     

高频地波雷达风场数据可用性分析

为了分析高频地波雷达能否应用于海面风场探测,以广东阳江高频地波雷达探测范围内的南鹏岛自动气象站探测的风向风速为参考,将高频地波雷达探测的风场数据与之相比较,通过分析不同季节、风速6~10 m/s及6 m/s以下等各种情况下地波雷达探测风场数据的获取率、标准差及可用性。结果表明,相对而言,地波雷达探测风向数据获取率高、标准差较小,可用性高,而风速获取率在6~10 m/s情况下较好,可用性较高,在低海况（6 m/s以下）时可用性低。     

强风天气条件下海气动量交换参数的观测分析

利用近岸海上气象平台对登陆台风“黑格比”近海层风廓线观测资料,计算分析了近海层大气的湍流动量通量交换参数,以期认识高风速情况下的海气动量交换特征.数据分析结果显示,当海面上方 10 m处风速U10≤24 m/s时,摩擦速度(U*)随风速的增大而增大,当U10＞24 m/s时,U*呈饱和趋势.海面粗糙度长度(Z0)、拖曳系数(Cd)在低风速( U10≤6 m/s)随风速的增大而减小,在U10处于6～24 m/s之间时,Z0、Cd随风速的增大而增大,当U10＞24 m/s时,Z0、Cd达到极值后开始减弱.Z0、Cd极值出现在U10为24～28 m/s之间.并对高风速时拖曳系数衰减现象的对应机制进行了讨论.另外,还探讨了台风期间的阵风因子(G(t,T))等参数的演变特征.     

0509号台风(Matsa)登陆螺旋云带的增幅及其台前飑线的特征研究

利用FY-2C卫星、Doppler雷达、风廓线和加密自动站等资料,对0509号台风"Matsa"(以下简称Matsa)螺旋云带登陆过程中云、回波、风雨等时空分布特征量进行了深入的研究,对螺旋云带、飑线风雨增幅进行了定量分析.结果表明:Matsa先后有6条外、内对流螺旋云带登陆并影响中国大陆,对流螺旋云带登陆过程中增幅显著,云顶最低亮温平均下降20.2℃,螺旋云带登陆至减弱维持时间12.8 h,登陆间隔8.6 h.外螺旋云带登陆时风速增幅2.0 m/s,最大增幅4.1 m/s.同时可带来平均19 mm、最大75 mm的降水量.内螺旋云带登陆时风速增幅4.2 m/s,最大增幅9.0 m/S,最大瞬时风速达30.2 m/s,同时可带来139.6-174.2 mm、最大396 mm,1 h最大降水59.8 mm.对流螺旋云带在登陆过程中,在其前沿部位不断有台前飑线向外分离,台前飑线的回波宽度一般在5 km左右,回波梯度特大,长度从几十公里到几百公里不等,登陆时回波增幅5-10 dBz.台前飑线的移动方向与台风移动方向基本一致,移动平均46 km/h,是同时刻台风时速的2.5倍.台前飑线的形成特点为先出现双链或多链小弧弓形回波,在登陆中演绎成大弧.在速度图上,台前飑线中分布着倒V型或S型零速度线.在地面小尺度风场上,表现出具有东南与东北风向辐合线,切变辐合甚至涡旋扰动的特征非常显著.飑线过境时,风向扰动47-135°,风速增大1倍以上,地面瞬时风速平均增幅为4 m/s,最大可达10 m/s.瞬时极大风速26.4 m/s,同时可带来6.9-29.1 mm、最大90 mm的降水量.500 m以上的风速比近地面大1倍,大风区厚度可伸展至对流层上部.     

温度和风速对湿度传感器动态特性的影响

研究温度和风速对湿度传感器动态特性的影响.利用湿度传感器动态特性校准装置在不同的温度和风速条件下对湿度传感器的动态特性进行了测试,分别运用图解法、湿度变化法和非线性最小二乘法计算了湿度传感器在不同温度和风速条件下的阶跃响应的时间常数.计算结果表明:在15～30℃温度范围内,随着温度的升高,湿度传感器时间常数变小;在0～4 m/s风速范围内,随着风速的变大,其时间常数变小.在进行湿度传感器的动态特性评价时必须考虑温度和风速的影响.     

基于渤海石油平台海面风观测的FNL资料评估

对2018年全年渤海石油平台海上观测的15个站点的风速风向进行了分析,并利用4个代表站1、4、7和10月的资料对分辨率为0.25°×0.25°NCEP/NCAR的FNL资料分析风场的误差进行了对比评估。结果表明:(1)观测风速风向存在较大区域性差异;(2)FNL风场资料在渤海地区近海风速整体偏大;(3)夏季当风速小于15 m/s时,FNL的风速可信度最高;冬季当风速大于15 m/s时,FNL的风向可信度最高;(4)秋季风向误差最高,春季次之。当风速小于5 m/s时,风向误差较大。     

江苏不同强度降雨对能见度影响分析

利用江苏70个基本站多年逐时雨量、相对湿度、风向、风速以及同时段内最低能见度等观测资料,分析不同强度降雨对能见度的影响,并对比分析两种不同强度降雨造成的低能见度事件统计特征。结果表明:降雨是除雾以外,江苏低能见度的主要影响天气(14. 7%),其中稳定性弱降雨和短时强降雨影响最大。与低能见度雾事件不同,降雨造成的低能见度事件全天各时段均可能出现,发生时可伴随较强的风速(2 m/s),短强低能见度多见风速4 m/s(26. 6%)。江苏冬春两季为雨雾高发季,主要受降雨持续时间影响,对应的低能见度区间为500~1 000 m,有明显日变化。短强低能见度主要受雨强影响,多发生于6—9月,对应的低能见度区间为小于200 m,无明显日变化。两种降雨产生的低能见度事件有明显的空间分布差异,且雨雾低能见度发生时偏北风占主导,短强低能见度发生时则偏东风占主导。     

利用无人机探测台风海鸥的气象要素特征

2008年7月18日对0807号台风海鸥进行了无人机探测工作。该次探测为中国大陆首次利用无人机直接向台风中心方向飞行, 进行台风基本气象要素的探测。无人机对台风海鸥进行了近4 h的飞行探测, 飞行高度为500 m, 距台风中心最近距离为108.4 km, 成功获得了探测时段内的温度、气压、相对湿度、风向、风速及海拔高度等基本气象要素数据。结果表明:气压和海拔高度呈显著性相关 (r=-0.98);距离台风中心越近, 气压越低, 风速越大, 温度也呈明显下降趋势; 地面至300 m的平均温度梯度为-1.02 ℃/100 m, 300~500 m的平均温度梯度为-0.46 ℃/100 m, 近地面的温度随高度变化较大; 探测时段内, 风速最大值为22.3 m/s, 平均值为15.1 m/s。     

湛江东海岛二月海陆风环流特征研究

利用2011年2月湛江东海岛风廓线雷达资料,系统分析了湛江东海岛2月平均风场特征及海陆风特征,结果表明:2月湛江东海岛150 m高度处以东偏北出现频率最大,在E、ENE和NE三个方位的风向出现频率之和为66.6%,偏西七个方位的风向出现频率之和仅为1%。以SSW方位为界,偏东风与偏西风的出现频率差异明显。各整点的月平均风速1:00—15:00变化较小,均在1 m/s左右波动;15:00—20:00风速及风速波动都较大,最大值出现在16:00时,为2.1 m/s。2011年2月中只有2日与14日两日符合海陆风日条件,两日共同海风时段为13:00—20:00,持续7 h;陆风时段为2:00—7:00,持续5 h。海风平均风速为2.1 m/s,陆风平均风速为0.8 m/s,海风平均风速明显大于陆风风速。海风与陆风环流垂直高度相差甚小,约1.2 km,风速随高度变化趋势均为先增后减;海风最大风速出现在750 m高度处,陆风出现在500 m高度处,500～750 m高度区间海风环流强度明显强于陆风环流。2 km之上为均匀一致的系统性西风环流。     

琼州海峡海面风场特征的观测分析

在检验资料可靠性的基础上，利用船载自动站、浮标站与岸基自动站测风资料分析了琼州海峡海面风速空间变化规律，以及秋冬季节的海面风场的日变化特征。结果表明：(1) 琼州海峡海面风速平均比沿岸风速大3～4 m/s，当沿岸风速≥8.0 m/s(5级)时，海面风速比沿岸大5～6 m/s；(2) 海峡海面阵风系数随着风速加大而减小。沿岸风速<5级时，海面平均阵风系数在1.4～1.5之间，风速≥5级时，平均阵风系数为1.35左右；(3) 秋冬季节，海面的平均风速日较差与风一致率均小于沿岸，当海面出现≥10.8 m/s(6级)强风时，海面与沿岸的风速日较差减小，风一致率增加。     

基于不用分辨率和参数化方案的新疆区域数值模式性能初步评估

基于中尺度数值模式WRF,选取新疆两次强降水过程,设计三个试验方案,其中试验1为控制试验,试验2提高分辨率,试验3提高分辨率并调整物理参数化方案,初步评估不同分辨率和参数化方案对新疆区域2米温度、10米风速、降水预报的影响。结果表明：（1）提高分辨率对2米温度、10米风速模拟精度均有提高,2米温度预报精度提高约0.5℃,降低了日间温度模拟冷偏差;10米风速预报精度提高约0.5 m/s,降低了风速模拟正偏差;但提高分辨率后,模式出现虚假降水预报的情况。（2）提高分辨率并调整物理参数化方案后,2米温度模拟误差略有减小,模拟偏差减小约0.2℃;10米风速模拟误差增大约0.5 m/s,模拟偏差增大超过0.5 m/s;对降水落区、量级的模拟精度显著提高,减小了降水中心的模拟强度,对虚假降水预报有一定修正。