基于大涡模拟的小区气候态精细化风环境模拟试验

对具有复杂下垫面的小区精细化风环境进行数值模拟是当前城市气象研究的热点,而针对具有复杂地形的山地型城市（如重庆）的研究还比较匮乏。本文采用能显式分辨下垫面陡峭地形和复杂建筑物的计算流体力学（CFD）模式对重庆市渝北区龙湖社区气候态下的精细化风环境进行高分辨率的数值模拟。结果表明,下垫面能显著调节小区内风场的分布,风速大值区主要出现在九龙湖等开阔区域以及与中尺度背景入流方向一致的街道中。在夏季,小区整体风场以东南风为主,而其他3个季节则以偏东风为主。4个季节中,夏季小区内的风速最大,平均风速为0.3 m/s左右,局地能出现大于背景风的风速,可达0.8 m/s;其他3个季节的风速则较弱,区域平均的风速在0.2 m/s左右。不同的建筑物布局对局地风环境的影响也不同:单个孤立高层建筑迎风面的近地面存在明显地绕流,局地风速有所增加,而在背风面则形成尾流区,水平风速较低;在低矮分散的建筑群,建筑物的整体高度不高,区域内流场相对来说比较一致,风速较大,有利于小区的通风;在密集高层建筑群内,由于建筑物群本身的布局比较封闭,加之不同建筑物的环流场存在相互干扰及影响,使得小区近地面风速几乎为零,不利于小区通风和污染物扩散。建筑物的这些影响在城市冠层内尤为明显,高度越高这种影响越弱。     

2005—2020年新疆百里风区精细化逐时风速特征研究

精细化捕捉风速大小及其变化细节过程，是顺利开展风区大风监控预报预警气象服务的关键理论支撑。本文基于百里风区气象观测站的风速数据，对质量控制后的2分钟平均风速、大风日数、日最大风速、日极大风速资料进行计算，给出百里风区2005—2020年精细化逐时风速特征。结果表明：（1）随时间分辨率的提高，24次与4次定时观测值差异明显增大，且偏差随风力等级增高而增大；（2）百里风区风速变化规律与大气环流紧密相关，地形起到加强放大作用。在太阳辐射及地形地貌影响下，百里风区年平均风速8.3 m·s-1，年平均大风日数200.6天，地面风速持续较高；（3）一年中春夏季平均风速最大，且较大风速持续时间长；（4）一日中平均风速高峰时段与大风易发时段不完全重合，平均风速最大值出现在夜间4时前后，大风高发时段峰值集中在17—20时。     

城市近地面高分辨率快速风场模型构建与应用

介绍了城市近地面高分辨率快速风场模型的构建,以中尺度模式结果作为背景驱动场,5m分辨率建筑物资料作为模型数据输入,通过区块处理、分区函数插值和质量守恒约束,实现了在较短时间(2～3 h)内获得可覆盖城市尺度的高分辨率(10 m左右)的近地面风场。基于该模型对北京四环内主城区(20 km×19 km)在8个典型时刻的10 m分辨率风场进行了模拟和检验,结果如下:(1)在风速方面,模拟值与观测值相比往往会偏大些,夏季4个时刻模拟的准确率在90%以上,冬季4个时刻模拟的准确率在60%以上;在风向方面,8个时刻的准确率均在40%以上。(2)基于该风场模型模拟得到的高分辨率风场能够反映出北京主城区风的山谷风日变化特征;明显的风速大值区往往对应着粗糙度较小的下垫面,而一些密集高层建筑区域始终是流场凌乱的风速小值区。(3)以东二环某一区块为例,该高分辨率风场模型还可对重点街区的精细化风场特征进行展示,可以清晰地反映出流场因建筑物分布产生的分流、汇合、局部环流,以及尾流。综上所述,该城市风场模型为实现短时间内获得覆盖城市尺度的高分辨率近地面风场提供了有效途径。掌握城市尺度的精细化风环境特征,有助于识别亟需改善或限制开发的关键区域,辅助城市通风廊道的合理构建和实施,从而达到优化城市内部通风性能、缓解城市热岛、增加风环境舒适度的最终目标。     

深圳沿海地区阵风系数的特征

利用深圳沿海站点的风速观测资料,按季风及热带气旋2种类型探讨了阵风和阵风系数的统计特征,结果表明,季风影响下,盐田港站和流花111平台站出现6~9级风的频率明显高于热带气旋型,在9级风以上,热带气旋型略偏高;妈湾港站的阵风系数随平均风变化稳定,而盐田港站和海上石油平台站受地形和下垫面影响,与妈湾港有显著差异;7级以上强风的频率日变化显示盐田港在夜间出现强风的概率显著增加。     

北京商务中心风环境风洞实验研究

北京商务中心区(Central Business District,CBD)规划于故宫东部约5 km地带,涵盖面积约4 km2,最高建筑物超过300 m.采用风洞刷蚀技术结合朝阳气象站常规资料对CBD行人风环境进行研究,结果表明:(1)在冬春季西北大风时,CBD高大建筑物附近出现局地8级以上大风的概率为0.114%,相当于每年发生5.0次,超过了每年小于1.0次的可接收评估准则,将会影响行人舒适度和安全;偏南风符合行人舒适度评估准则,不会造成明显风环境问题.(2)夏季白天偏南风盛行,在CBD东西两侧建筑物密集区域出现小风(风速低于1.5 m s-1)的概率高达22%,可能造成较严重的局地空气污染.     

南宁市横县地区风能资源评估

基于广西南宁市横县地区测风塔2012年5月~2013年4月的观测资料,计算了风速、风功率密度等参数,利用风能资源评估方法分析了当地各项风能资源参数的变化规律及其特征,评估了该地区的风能资源状况。结果表明:观测年度10~80m年平均风速和年平均风功率密度在4.7~7.2m·s-1、190.7~396.0W·m-2之间,且随着高度的增加而增大;3~25m·s-1风速小时数在5207~8052h之间;最多风向为偏东北风,风能密度主要集中在NNE方向上,累计频率达76.1%;50m高度上的年平均风功率密度为332.3W·m-2,风能资源等级为3级(300W·m-2),表明该地区的风能资源比较丰富。     

连州风能资源的评估

利用区域气象站、气象观测站的测风资料和国家相关标准,计算分析连州市的各项风能资源参数,对连州市风能资源的时空变化进行评估,结果表明:2017年平均风速、风向与历年平均风速、风向基本一致,可认为2017年基本为平风年,可以反映连州地区长期的风的特征,具有可用性、代表性。连州市南部、东北部风能资源较丰富,80m高度平均风速达到3m/s以上,平均风功率密度为62.0~139.9W/m^2,有效风功率时数5761~5969h,占65.8%以上,有效风速频率高达64.8%,风能频率占71.8%以上,从长年代估计,雷达站和山塘附近区域的风能资源等级为1级,有利于开发低风速型风电场。西北部、东部的风能资源较为贫乏,平均风速小,风功率密度低,有效风功率时数少,风能开发价值低。     

建筑风环境气候可行性论证实例分析

利用流体力学技术进行气候可行性论证建筑风环境模拟标志着大型工程的气象保障服务正朝着越来越专业和精细化的方向发展。以江西某新建火电厂气候可行性论证为例,提出了一个采用就算流体力学(CFD)方法对项目场址风环境进行有效模拟的技术流程,在考虑建筑物分布时分别以当地50 a一遇的10 min平均最大风速、30 a一遇的10 min平均最大风速作为入流进行模拟,计算得出场址区域的极端风速最大值和最大风压、排气筒出口处的平均风速。以代表气象站30 a一遇的10 min平均风速作为入流条件场对场址的风环境状况进行了模拟,10 m高度处风速为1.4 m/s,210 m高度处为2.3 m/s,240 m高度处为2.4 m/s。这些本地化风参数对火电厂项目中高耸建筑抗风设计、大气污染影响预测具有重要的参考作用。结合实例对模拟方案中的主要技术要点进行了归纳总结,可为重大建设工程项目气候可行性论证中开展精细化风环境模拟提供科学有效的技术支持。     

风速等级标准与2016年6月23日阜宁龙卷强度估计

文章回顾了不同的风速等级标准,对导致重大人员伤亡的2016年6月23日江苏省盐城市阜宁县龙卷灾害和2015年6月1日导致“东方之星”客轮翻沉事件的下击暴流灾害进行了较详细的强度评估,探讨了已有等级标准存在的问题,给出了未来工作展望。基于详细的现场调查资料,评估江苏阜宁龙卷为EF4级,而导致“东方之星”客轮翻沉事件的下击暴流仅为EF1级;对这两个典型灾害个例的强度估计展示了EF等级与F等级之间的差异;但阜宁龙卷导致的每一个受灾点的灾害等级还需要进一步详细评估。由于建筑物结构、植被自身状况、相应环境和致灾机制的复杂性,风灾强度估计必然存在一定的不确定性,且龙卷由于其复杂涡旋动力结构、气压空间分布和卷起的飞射碎片作用等因素使得强度估计的不确定性较下击暴流更大。提高风速等级评估的客观性、普适性、准确性、一致性和便捷性是评估工作的必然需求。未来还需发展综合考虑强度分布、路径长度和宽度、持续时间和移动速度等的风灾等级标准,从而为全面评估下击暴流或者龙卷的致灾性提供基础。     

台风“山竹”期间深圳近地面水平风的垂直特征

基于深圳356 m气象梯度塔风速观测资料,采用统计分析的方法,以台风"山竹"为例分析了台风过程中深圳近地面水平风阵风因子、风廓线指数和湍流强度的垂直变化特征。结果表明:台风"山竹"影响期间,受城市下垫面影响近地面风湍流强度大于高层,阵风因子和湍流强度随高度变化符合指数规律,风速大于6级后逐渐趋于稳定;风廓线指数随高度增加、风速增大逐渐减小。此外,利用全部样本计算得到风廓线指数平均值约为0.23,符合《建筑结构荷载规范》的推荐范围,但利用该值推算近地面不同高度的风速值略大于实测值。     

Global social and environmental change drives the management and delivery of ecosystem services from urban gardens: A case study from Central Coast,California

Urban community gardens are vital green spaces threatened by global social and environmental change factors. Population growth has reduced the amount of space available in cities, and climate change challenges plant growth thresholds. Urban community gardens provide dynamic socio-ecological systems to study how such social and environmental change factors affect the management and delivery of ecosystem services. They provide spaces where urban citizens purposefully interact with nature and receive multiple benefits. In this paper, we synthesize the results of three years of research in a case study of urban community gardens across the Central Coast of California and present a framework showing how both social and environmental change factors at the regional scale affect the ecological make-up of urban community gardens, which in turn affect the ecosystem services coming from such systems. Our study reveals that global environmental change felt at the regional level (e.g., increased built environment, climate change) interact with social change and policy (e.g., population growth, urbanization, water use policy), thus affecting regulations over garden resources (e.g., water availability) and management decisions by gardeners (e.g., soil management, crop planting decisions). These management decisions at the plot-scale, determine the ecological complexity and quality of the gardens and affect the resulting ecosystem services that come from these systems, such as food provision for both humans and urban animals. A greater understanding of how environmental and social change factors drive the management processes of urban community gardens is necessary to design policy support systems that encourage the continued use and benefits arising from such green spaces. Policies that can support urban community gardens to maintain ecological complexity and increase biodiversity through active management of soil quality and plant diversity have the potential to increase social and environmental outcomes that feedback to the larger environmental and social system.     

Change in North American Atmospheric Conditions Associated with Deep Convection and Severe Weather using CRCM4 Climate Projections

Severe weather has important social and economic impacts. Some studies have indicated that its intensity may increase over this century as a consequence of climate change induced by greenhouse gases. This study aims to investigate the possibility of a future increase in deep convective events over North America resulting from the evolution of favourable atmospheric conditions. Our analysis is based on an ensemble of projections performed using the Canadian Regional Climate Model (CRCM) at 45?km resolution, driven by different Global Climate Models (GCMs) and reanalyses. We concentrate our study on Convective Available Potential Energy (CAPE), vertical wind shear, and convective precipitation. Based on two different approaches to linking atmospheric conditions and severe weather, we find that the number of extreme weather events is expected to increase during the twenty-first century. In agreement with other studies on this subject, we find that CAPE is expected to increase, whereas wind shear is expected to decrease slightly. Through the analysis of the CRCM's convective precipitation outputs, we show that severe convective liquid precipitation events may become both more frequent and slightly more intense. Sensitivity experiments show that results depend on the driving GCM although they confirm the general conclusions. Additional experiments conducted with reduced humidity input at the lateral boundaries show the significant role that the humidity level of the driving GCMs has on simulated extreme regional events. At the regional level results are, in general, consistent with those found at the continental scale, but large inter-regional variations exist.     

兰州市低空风时空变化特征及其与空气污染的关系

对1988年至1992年兰州市环境监测站自动监测系统监测到的近地面逐时风和空气污染浓度资料以及对应时段的兰州市低空风资料乃至城，郊近40年的地面风资料做了深入的分析，并将城区与郊区对照点（榆中站）进行对比研究，揭示了风向频率变化特征和风速日变化，年变化，年际变化以及风随高度的变化规律。同时分析了对应时段空气污染的分布状况及其与风速的相关关系，为研究兰州市边界层大气动力稳定度的时空变化规律和开展空气污染预报提供了一定的依据。     

城市中水体布局对大气环境的影响

城市下垫面状况在很大程度上决定城市大气物理环境的特征。在城市区域增加湿地等自然地表有利于城市的减温增湿,促使局地流场发生变化,改善局地微气象条件以及大气物理环境。城市规划大气物理环境多尺度数值模拟系统为城市规划大气物理环境定量评估提供了有效的模拟工具。利用该系统中的城市尺度模式模拟了水体布局为集中型和分散型,水体面积占有率分别为4%、8%、12%和16%条件下,城市大气温度、湿度、风速、城市大气扩散条件的变化及其对城市大气环境的影响,利用北京市城市水体气象观测数据,分析了水体周边和商业区、交通区温、湿度的差异,并对模式模拟结果进行了验证,揭示了城市水体布局对城市大气物理环境影响的可能机制。模拟和观测结果显示,城市水体布局会对城市微气象环境产生一定影响。无论分散型或集中型布局,城市水体面积的增加,都在一定程度上使城市气温降低、湿度增加、平均风速增大。比较而言,分散型水体布局对城市区域微气象环境的影响更为显著。     

基于WRF模拟的晋江市海陆风特征分析

随着沿海城市的快速发展,城市气候环境恶化,研究弱大气环流背景下的海陆风对改善城市环境具有重要意义。以晋江市为例,利用站点风要素观测数据,结合海陆风判别条件,提取并分析了两个典型海陆风日海陆风的基本特征;采用WRF与Noah陆面过程模式耦合,选用BEP多层城市冠层模型,对典型日进行了风场模拟。从模拟结果中分解出局地风,在验证海陆风现象的基础上,分析了海陆风特征的空间分布规律。结果显示:WRF模拟的逐小时局地风向时序与实测情况吻合较好,通过了信度为0.05的显著性检验,但局地风速模拟值与实测值存在显著差异,平均达到1 m/s。从WRF模拟结果提取的海、陆风起始和终止时间、持续时间与实际情况存在一定差别。两者持续时间在空间上的变化与各自起始时间的空间变化一致,且未明显出现随离岸距离增加,海陆风减弱的现象。上述结果表明,WRF能够较好地模拟海陆风日的风场特征,尽管对海、陆风速的模拟还存在一定的不确定性,但所得结论对晋江市城市规划和微环境改善有参考意义。     

On the Parametrization of Urban Land Use in Mesoscale Models

The effects of urban structures on the distribution of meteorological variables can be included in mesoscale models by an appropriate parametrization. The different approaches are conventionally tested against wind profiles in the centre of the urban area while flow distortions around are not considered. In this study, the quality of different parametrizations in capturing the main wind-field modifications in, as well as around, a complex obstacle is investigated. The method applied consists of a building resolved microscale model and a mesoscale model including a suitable parametrization. The results demonstrate that a drag or a porosity approach can reproduce very satisfactorily the main characteristics of the airflow completely, while a simpler roughness length concept in general approximates the mean flow unsatisfactorily.     

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。     

高密度建筑群及超高建筑物对风环境影响的风洞试验

利用风洞试验方法,以上海陆家嘴金融贸易区建筑群及上海中心大厦为研究对象,讨论了不同粗糙度、不同风向条件下,高密度建筑群和超高建筑物对风环境的影响。结果表明:1)地表粗糙度越小,大风区范围越大。此外,建筑群的分布、排列形式会明显改变来流走向。2)超高建筑物由于其形态上下不一致,在一定条件下,不同高度处的风矢量存在明显差异。3)参照国外建筑物风环境舒适度评估标准,对模拟区域内行人高度处的舒适度进行了评估,并给出了3个风环境较差的区域。     

The synoptic-scale surface wind climate regimes of the Mediterranean Sea according to the cluster analysis of ERA-40 wind fields

In 2008, Burlando et al. proposed a two-stage clustering technique for the classification of mesoscale wind regimes. The first stage of this classification scheme is based on a hierarchical cluster analysis, according to Ward’s minimum variance technique applied to an Euclidean distance, for a first-guess subdivision of the events into groups. In the second stage, a partitional k-means clustering for the optimal reassignment of the events among clusters is performed. Following this methodology, in the present paper, the synoptic-scale wind fields over the Mediterranean Sea have been analysed in order to check the suitability of this technique to a higher-dimensional phase space. The study is based on a 30-year-long data set of wind speed and direction at 10 m above sea level obtained from the reanalysis of the European Centre for Medium-range Weather Forecasts. The cluster analysis has been performed on wind speeds only, while wind directions have been used to show the existence, in the spatial structure of the wind climate regimes, of particular regions which correspond to the main topographic and/or thermal forcing of the Mediterranean. These regions are the peaks of the probability density function in the climatological phase space of wind speed patterns recognised by the clustering algorithm. The final classification has been able to identify, for instance, the surface circulation patterns corresponding to Mistral events in the western Mediterranean sub-basin and Etesian winds in the eastern sub-basin.