2009～2010年河西走廊大风日低空垂直切变和湍流统计特征

为了给河西走廊风电场建设提供科学依据,利用河西走廊14 座风能观测塔2009 年9 月至2010 年8 月的资料,分析了大风日低空垂直切变和湍流的演变和分布.结果表明：大风日风速垂直切变指数年平均在0. 092 ～0. 158 之间,较国标有些偏低;10 ～ 30 m、10 ～ 50 m 和10 ～ 70 m 的大风日风速垂直切变指数比非大风日偏小;低层风速垂直切变大,高层风速垂直切变小;大风日10 m、30 m、50 m 和100 m 4 层的年平均湍流强度为0. 11,比非大风日偏小一半左右;在大风日,随风速增大,风速不均一性减小,风向趋于稳定.     

河西走廊春季大风、沙尘暴的成因差异初探

通过对河西走廊1971～2000年3～5月大风和沙尘暴个例普查,运用相关法分析了河西走廊大风和沙尘暴天气在时间上的分布差异和沙尘暴与沙源地区前期降水的关系,同时对“起沙风”也作了初步探讨,结果表明：河西走廊地区在10min平均风速大于等于9m／s时,极易起沙;河西走廊的西部、中部、东部分别在南疆中东部、南疆东部内蒙西部河西西部、内蒙中西部出现5～8mm降水后5天才有可能出现沙尘暴。文中给出了河西走廊大风沙尘暴的几种典型环流形势及每一种环流形势可引发沙尘暴的预报着眼点。     

新疆多风区极值风速与大风日数的变化趋势

在新疆5大风区代表气象站历史风况资料均一化处理基础上,从平均风速、极端风速强度、极端风速频次、大风持续时间等4个方面分析了极端风气候特征的演变趋势。结果表明:1)达坂城风区瞬间风速≥17.0m.s-1的年大风日数以及极端弱风频次没有显著的变化趋势,但极端强风的强度显著减弱,发生频次显著减少,大风年时数与最长持续时间仅从20世纪90年代中期显著减少,风力可利用时间增加。2)阿拉山口风区极端强风的强度显著减弱,极端强风频次与极端弱风频次均显著减少,大风日数、大风年时数、大风年最长持续时间均从20世纪90年代中期显著减少,风力可利用时间增加。3)十三间房风区仅极端弱风的频次显著增加、平均风速显著减小,其余变化均不明显。4)淖毛湖与哈巴河呈现出对称的极端强风强度显著减弱、极端强风频次显著减少、极端弱风频次显著增加趋势,大风日数、大风年时数、大风年最长持续时间等虽呈显著的减小趋势,但具有很大不确定性。5)十三间房风区平均风速的显著减小主要是弱风天数增加引起的,而其余风区则主要是由极端强风的强度减弱引起,极端风力频率和持续时间的影响作用相对略小。     

甘肃省春季一次连续浮尘天气过程分析

2013年3月8~9日甘肃省出现了一次区域性的大风沙尘暴天气过程,此后到14日甘肃中东部一直维持浮尘天气,这样范围广、持续时间长的沙尘天气为近年来罕见。本文分析了此次沙尘天气过程的天气气候特征以及特殊气象条件对连续浮尘天气的影响,并以兰州市为例基于HYSPLIT-4轨迹模式探讨了浮尘天气过程的沙尘颗粒传输特征。结果表明:(1)前期暖干的气候背景有利于此次大范围沙尘天气的发生;(2)8~9日冷锋后的偏北大风引发甘肃省出现区域性大风沙尘暴天气,11日河西再次出现扬沙、沙尘暴天气,沙尘粒子沿西北气流向下游地区输送,致使12日河东出现浮尘天气的站数明显增多;(3)9日大风沙尘暴天气过后,甘肃省中东部边界层处在弱的偏东风环境中,大气层结长时间较稳定,沙尘污染物不易扩散;(4)在连续浮尘天气期间,甘肃省各地上空频繁出现逆温层,且逆温层高度在9日沙尘暴天气过后有明显抬升,阻挡了低层空气的上升运动,以致沙尘粒子聚集在700 h Pa以下。同时还发现,边界层上部逆温层的逆温温差越大,厚度越厚,造成浮尘天气的强度越强;(5)兰州市9~10日出现的浮尘天气起源于8日河西走廊及蒙古地区的沙尘暴,11日河西走廊再次爆发的沙尘暴天气对河东的浮尘天气影响较大。此外,10~13日陕西南部也出现了浮尘天气,"东高西低"的地面形势使此地上空漂浮的沙尘粒子处在偏东风的环境中,对甘肃中东部地区的浮尘天气有一定的回流输送作用。     

河西走廊东部风能资源分布特征及开发利用

利用河西走廊东部5站1971-2004年逐日4次定时地面气象观测资料和2005-2006年地面自动气象观测站逐小时气象观测资料,用统计学方法分析了该区域近地面风速及风能的演变和分布。结果表明：河西走廊东部环境风速的气候变化比较稳定,但探测环境变化较大的站点风速下降十分明显;风能分布具有山区最大、沿河西走廊峡管和荒漠地带次之、中部武威绿洲盆地最小的地域分布特点;南部山区年平均风速均大于等于3．5m·s^-1、全年各月平均风速均大于等于3．0m·s^-1,且全年风向、风速跃变小,习平均有效风能时数大于等于13．9h,年平均有效风能时数大于等于5000h,因此具有较大的风能开发利用价值;北部荒漠和沙漠地区年平均风速为2．7m·s^-1,一年中3～7月风速较大,日平均有效风能时数为8．7h,年平均有效风能时数为2913h,年平均有效风能密度为82．7W·m^-2,具有季节性风能开发利用价值;位于绿洲盆地的凉州区由于各项风能参数均较小,不适宜进行风力发电。根据河西走廊东部地域和气候特点,分析了风能开发利用前景。     

河西走廊东部“2018.3.19”强沙尘暴特征分析

利用常规气象观测资料和ECMWF数值预报产品初始场资料,对2018年3月19日河西走廊东部的大风强沙尘暴天气过程进行了分析。结果表明:500 hPa蒙古西部到新疆东部低槽是此次区域性大风沙尘暴发生的影响系统,700 hPa河西走廊东部变形场是大风沙尘暴的触发系统,午后气温日变化加大了地面冷锋前后的气压梯度和温度梯度,冷锋前后Δp3达8.3h Pa,造成冷锋移至河西走廊东部产生强烈锋生是沙尘暴爆发的直接原因;随着河西走廊东部上空高空西风急流风速增大、高度降低,风速为14 m·s~(-1)的强风速带伸展到地面,将高空动量向下传播,加之北风前锋到达之处,沙尘暴爆发;沙尘区低层辐合、高层辐散,以及无辐散层和-52.6×10~(-3)hPa·s~(-1)的强上升运动一致,有利于增大近地面沙尘浓度;V-3θ曲线显示强垂直风速切变和上干下湿的状态,为此次沙尘暴的发生发展提供了不稳定的环境条件;前期降水稀少,气温异常偏高的气候背景和边界层逆温层破坏,中低层干热及地面风速增大,为沙尘暴天气爆发提供了前期气候背景和不稳定及动力条件。     

1971—2015年大连地区低风速气象特征分析

利用1971—2015年大连地区7个国家气象站的气象资料, 统计低风速条件下的累积频率、日变化、月变化和持续性等特征,分析低风速频率空间分布和年际变化特征。结果表明: (1)大连地区低风速频率较低,平均约20%,地区间差异显著,近海区域长海站最低,为8%,内陆的普兰店地区较高,达32%。(2)近45年,低风速频率呈增加趋势,大连、长海和普兰店站增加趋势显著,特别是近10年增幅更大。(3)大连站低风速频率具有显著的日变化,主要表现为白天偏低、中午时段最低,夜间高,半夜达到最高。(4)3—7月,大连地区低风速频率低;9月至次年2月较高,最大值出现在9月。(5)低风速持续时间长海站最长,持续10 h以上低风速频率达到27%,持续20 h以上接近9%,大连站低风速持续时长最短,持续4 h以下的占85%。     

1958—2007年福海县大风天气统计分析

对1958—2007年福海县大风天气资料进行统计分析。结果表明：20世纪50—70年代福海县为大风天气的多发年代,80年代开始呈明显下降趋势,1993年之后年大风日数稳定在20 d左右;春季大风最多,冬季最少;大风持续时间多在0—5 h之间,持续时间大于等于19 h的大风过程多出现在春秋季;大风出现月份为5—8月,以下午机率最多,其他月份无明显差异;平原地区大风最多,中低山区次之,沙漠地区最少;春夏季多偏西风,秋冬季多偏东风,且偏西风风速大于偏东风风速,最大风速多为偏西风。     

新疆阿拉山口地区大风气候特征

通过对阿拉山口多年风速风向资料分析，得到了阿拉山口地区大风日数、月平均风速的分布特征和大风持续时间、强度以及最多风向的分布规律，并简要说明了阿拉山口大风的年际变化规律和影响范围。     

河西走廊风能变化及储量

利用河西走廊地区1970~2004年风速气候资料和2004年9月至2005年8月风塔精细资料,研究了河西走廊风能资源特征。结果表明:河西走廊地区环境风速比较稳定,在气候上没有明显的减小趋势;绿洲内风速下降明显。风能分布存在区域差别,存在2个风能大值区域。全区风能普遍较高,10 m层内风能密度都在100 W/m2以上,大部分地方在150 W/m2以上,大值地带在200 W/m2以上;在10~70 m高度层风能随高度按线性关系增长,平均每升高10 m风能增加28 W/m2;70 m层普遍在300 W/m2以上。河西走廊风能存在日和年变化,2~6月是风能密集阶段;距地面10 m高度处风能在07:00前后处于低值,从08:00以后不断增大,到18:00前后达到日最大,然后逐渐减小。河西走廊年有效风速时数普遍在6000 h以上,大值区接近7500 h。     

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。     

风能资源数值模拟评估的分型方法研究

为了实现时间跨度较长(20—30年)的风能资源数值模拟评估,建立了一种新的分型方案,采用地面和探空观测资料,以风速、风向和最大混合层高度作为分型因子,针对每种类型随机抽取5%的日数进行真实算例的数值模拟。根据中国所有地区典型日的平均风能参数和30年观测平均结果的对比分析,得出以下结论:(1)中国所有分型站点挑选典型日的平均风速与30年平均风速的绝对误差均小于0.10 m/s,相对误差均低于6.50%;挑选典型日各风向频率值与30年结果的绝对误差平均值为0.28%—0.48%,风速频率绝对误差的平均值为0.09%—0.54%。(2)通过模拟区域分型站点以外探空气象站的风向频率和风速频率的对比检验发现:沿海地区风向频率绝对误差为0.27%—0.63%,风速频率绝对误差为0.14%—0.49%;内陆复杂山地风向频率绝对误差基本在0.57%以下,风速频率绝对误差为0.22%—0.60%;结果表明选取一个分型站点能够代表整个模拟区域内的风能资源特性。(3)根据沿海和内陆山地模拟区域重合范围内的探空站分型结果对比分析发现:对于模拟区域重合范围内的探空站,采用所有模拟区域分型站典型日结果加权平均后的风能参数对比误差大大低于各自模拟区域分型站点的对比误差。     

河西走廊东部大风气候特征及预报

利用河西走廊东部1971—2010年4个气象站大风（≥6级,即10min平均风速≥10.8～13.8m/s）资料,系统分析了该区大风的时空分布、强度和持续性等气候特征。结果表明,河西走廊东部大风天气主要发生在山区和沙漠边缘;年、年代际大风日数总体呈减少趋势,3—5月是大风的高发期,占全年大风日数的34.8%～56.8%,其次是2月、6月和11月;各强度大风日数的变率较大,随着大风强度的增强,大风日数迅速减少;大风天气具有持续性特征,最大风速大多出现在持续大风时段内。采用2003—2007年逐日20时ECMWF数值预报格点场资料,按照Press准则进行预报因子初选,运用逐步回归预报方法进行预报因子精选,使用最优子集回归建立大风预报方程,并用双评分准则（CSC,couple score criterion）确定各季节各地大风预报全局最优的显著性方程,预报方程通过了α=0.01的显著性检验。预报方程回代拟合率为66.7%～73.4%,预报准确率为58.8%～67.5%,达到了一定的预报水平,可为大风的业务预报提供客观有效的指导产品。采用最大靠近原则确定了大风预报临界值和预报、预警的级别。     

近33年新疆阿勒泰地区积雪变化特征及其与气象因子的关系

利用阿勒泰地区7个气象观测站1981-2013年积雪初、终日期、积雪期(积雪初、终日期间日数),以及同期平均气温、平均0厘米地面温度、降水量、日照时数和平均风速资料,分析了该区积雪的变化特征及其与五个气象因子的关系。结果表明：阿勒泰地区平均初日为11月3日,终日为4月2日,平均积雪期为152d;近33年阿勒泰地区积雪初日呈上升的趋势,而终日和积雪期是呈下降趋势;除了吉木乃站的积雪初日气候倾向率是负值外,其余各站均是正值的,积雪终日的气候倾向率各站均为负值,积雪期的气候倾向率除了吉木乃站外其余均是正值;各站在积雪期内与降水量呈显著的正相关,表明降水量越多积雪持续时间越长,而且七个站均通过了显著性检验,降水因子在五个因子的对各站积雪期的影响较大;阿勒泰地区的各站积雪期与积雪初、终日期间的风速、降水量、0厘米地温、日平均气温、日照时数五个因子的相关系数中有57%的通过信度0.05的显著性检验,还有20%的通过了信度0.001的显著性检验;     

河北廊坊雷暴大风的气候特征

利用1970~2012年廊坊地区9个气象站地面雷暴大风观测资料,采用趋势分析、滑动t检验、小波分析和最大熵谱分析等统计方法,系统分析了该地区雷暴大风天气的时空特征及变化趋势和变化周期。结果表明:廊坊地区的雷暴大风局地性强,43 a间只出现了一次全区性的雷暴大风天气过程,雷暴大风多以单站出现为主。雷暴大风的地域性特征明显,中部的廊坊市及南部的文安、大城站较易出现,而北部发生概率较低。雷暴大风的日、月及年变化特征明显。雷暴与大风主要发生在午后至前半夜,大风发生时间一般落后于雷暴,1 h内的雷暴与10 min以内的大风发生概率最高;雷暴大风3~10月都可出现,主要集中在夏季,发生概率为73.3%;近43 a来,年均雷暴大风日数整体呈现减少趋势,且中部的站点减少趋势最显著,1994年为雷暴大风的显著突变年,其显著变化周期为3.23a。雷暴大风多为"湿"型。     

石家庄地区大风日数气候变化特征

以1972-2009年石家庄地区17个地面观测站大风资料为依据,运用线性倾向估计、Morlet小波分析、Mann-Kendall突变检验等方法对石家庄地区及5个代表站大风日数时空特征进行分析。结果表明：石家庄地区年平均大风日数空间上呈“几”字形分布;5个代表站大风日数气候特征一致：春天多,秋天少。石家庄市的大风日变化显著,白天出现大风的机率明显高于夜间,尤其是10-16时出现最多,占总次数的45.8%。石家庄地区及5个代表站均表现为20世纪70年代大风日数最多,近38 a来大风日数均呈线性减少趋势;同一年代不同区域的大风日数年代平均值存在明显差异。石家庄地区及5个代表站大风日数的周期性特征显著,各站的长、短周期内均处于大风日偏少期;石家庄地区及5个代表站中有4站的年大风日数发生了突变性减少。     

河西走廊东部冬季沙尘暴的典型个例及气候特征分析

应用1971—2016年河西走廊东部代表站的地面观测资料、NCEP 2.5°×2.5°月均地面至300 hPa高空资料,2006—2016年民勤逐日07和19时每隔10 m加密高空资料,分析了近45年河西走廊东部冬季沙尘暴天气的年际变化特征。同时选取2016年11月两次沙尘暴天气过程从天气学成因、物理量场及近地面边界层特征等方面进行了诊断分析。结果表明:近45年河西走廊东部冬季沙尘暴日数呈减少趋势,产生大风沙尘天气的主要原因不仅与大型冷暖空气强度及环流形势有关,还与冷锋过境时间、日变化、近地层风速和干湿程度关系密切。夜间至早晨近地面逆温厚且强,大气层结稳定,削弱沙暴强度,而午后到傍晚,逆温薄而弱,大气层结不稳定性强,加强了动量下传和风速,增强沙暴强度。近地层越干,风速越大,沙暴越强。     

新疆铁路沿线最强风区大风特征对比分析

利用2015-2018年新疆境内兰新铁路沿线32个大风监测站逐小时风速资料,基于统计学方法、空间分析法,从平均大风日数、大风历时、不同风速的贡献率以及平均风速不同时间尺度和地域分布的变化特征等,对兰新铁路新疆段内两个最强风区带——百里风区和前百里风区的大风特征进行统计和对比分析。结果表明：较之百里风区,前百里风区更易出现极端大风天气（大于11级风）,同时具有风速"昼弱夜强"、地域分布差异性大、主导风向与兰新铁路运行方向基本垂直以致横风强劲等特点。该分析结果能够有效弥补前百里风区这一无人区气象规律探索的空白,可为探明特殊地域强风区大风最新变化规律、关键区的大风逐小时内精细化预报、专项试验研究、风速灾害预警阈值的制定等提供基础。