风速风向联合概率密度分布的一种经验函数模型

对风速与风向边缘分布采用统一的极值概型描述,提出了一种可适用于多峰极值以及总体样本的风速风向联合概率分布函数的经验解析表达式。模型包括7个参数,可由实测数据利用非线性最小二乘方法拟合得到。对模型参数拟合时的初值选取方法提出了建议,并对典型的风向双峰值情况,给出了峰向区间的划分方法;利用双峰总体、双峰极值以及单峰极值3种不同类型的实测数据,检验了模型的适用性。结果表明,该模型可以较好地描述不同类型总体样本或极值样本的风速风向联合概率密度特性,可供风向设计风速的确定、风速评估及场地风能评估等工程问题参考。     

ERS-2 SAR反演海洋风矢量的研究

SAR(Synthetic Aperture Radar)反演海洋风矢量是当今微波遥感领域非常有意义的前沿课题. 本文首先介绍了星载SAR估算海面风向、风速的基本原理和三种主流反演算法，接着给出反演的流程图以及重要步骤. 然后，以2002年5月7日香港地区ERS-2 SAR海洋图像为例，对经典的SWDA (SAR Wind Direction Algorithm)－谱分析方法加以改进，求得具有180°模糊度的风向，并用香港天文台气象浮标实测数据消除了风向不确定性. 最后，利用CMOD4 GMF（Geophysical Model Function，地球物理模式函数）计算得到海面上10m高的风速. 与气象浮标站实测资料相比，利用ERS-2 SAR图像获取的海面风向、风速的精度均较高. 这一结果表明：如果对SAR预先进行ADC(Analog to Digital Converter)改正以及精确校准，结合改进的SWDA和CMOD4，可以获得高精度的风矢量.     

基于星载SAR数据的台风参数估计及风场构建

传统的星载SAR数据海面风场反演方法是利用海面风场与雷达后向散射系数之间的经验关系即CMOD5模式函数求解海面风场.但在台风条件下,由于降雨对雷达信号的影响及高风速条件下CMOD5模式函数的停滞效应,海面风场的反演精度迅速下降.针对降雨对雷达信号的影响,本文基于星载SAR卫星平台未搭载降雨测量载荷的特点,将多时次的静止气象卫星红外云图用于推导台风云系的运动矢量,并由该运动矢量及非同步观测降雨数据估算星载SAR数据过境时的降雨强度.最后,利用订正模型和降雨强度数据进行降雨订正.针对高风速条件下CMOD5模式函数的停滞效应,本文基于台风的SAR图像特征和改进的HOLLAND台风模型,提出了台风参数估计及风场构建方案.首先,利用基于小波分析的风向提取算法提取台风风场的海面风向信息,并通过地球物理模式函数和风向信息反演海面风速.然后,根据台风眼的SAR图像特征计算台风中心位置和最大风速半径,并将其代入改进的HOLLAND台风模型.最后,利用中低风速数据通过最小二乘法拟合台风中心气压和最大风速,并将台风风向、中心位置、最大风速半径、中心气压和最大风速等参量代入改进的HOLLAND模型构建台风海面风场.为了验证方案的精度,选择台风"艾利"、"卡努"和"奥菲利娅"的星载SAR数据进行试验,并利用美国联合台风预警中心和飓风研究中心的最佳路径数据和风场数据进行精度检验.结果表明,本文利用星载SAR数据估算的台风中心位置、中心气压、最大风速与最佳路径数据基本一致,构建的海面风场精度较高,其中,海面风速的均方差为1.4 m s-1,风向的均方差为2.1°,为台风监测提供了新的技术途径.     

机载SAR探测图像中归一化雷达截面随入射角变化规律应用

机载SAR对海探测时,探测范围小和时空匹配难等局限使其无法借助风条纹和辅助资料反演海面风矢量.本文在仿真研究CMOD5.N地球物理模型参数的函数关系,实例分析机载SAR探测图像中距离向均值曲线变化规律的基础上,发现相同风向、风速条件下,CMOD5.N模型构建的标准曲线和探测图像的距离向均值曲线遵循统一的归一化雷达截面随入射角变化规律,且两者具有良好的相关性.据此,本文提出将距离向均值曲线与标准曲线逐条匹配,采用相关系数判定两者的相关程度,选择使得相关系数绝对值最大的标准曲线作为最优匹配曲线,进而直接确定风向和风速的海面风矢量反演方法.机载SAR飞行探测实验结果表明,海面风矢量反演结果与浮标观测结果的均方根误差为风向11.3°,风速0.9m·s-1,高于反演精度指标要求,原因在于该方法既避免了机载SAR探测图像中斑点噪声的影响,又不会产生局部最优解,提高了海面风矢量反演精度.     

悬索跨越管道的顺风向风振响应分析

根据渭惠渠跨越段工程中某悬索跨越管道的工程实例,利用MATLAB软件编制了悬索跨越管道的空间相关性风场的模拟程序,模拟风速的功率谱密度函数与目标功率谱均吻合较好,说明本文方法具有较高的精度。将风速转换为风荷载,并施加在悬索跨越管道的有限元模型上,进行风振响应分析,获得结构的位移和加速度时程曲线及构件的应力分布情况,结果表明该悬索跨越管道结构在风荷载作用下是安全的,为同类结构的抗风设计提供参考。     

基于SHMS的润扬悬索桥桥址区北风特性的研究

气象研究表明,作用在润扬悬索桥上的强风荷载主要是夏季台风和冬季偏北大风。运营近三年来,润扬悬索桥结构健康监测系统（SHMS）中的风速仪记录了经过该桥址区的大量强风样本。本文通过对北京时间2007-03-10 T13：00～2007-03-10 T16：00期间的实测强北风风速风向数据的分析,得到了该时段的风速和风向、紊流强度、紊流积分尺度、紊流功率谱密度函数等强风特性。结果表明,桥址区实测北风风速风向较稳定;顺风向紊流功率谱密度函数与Kaimal谱吻合较好;紊流强度较规范偏高。     

一种用于微波辐射计遥感海表面盐度和温度的反演算法

海面的微波辐射除了与海表面温度和盐度有关外, 还受海面风的影响. 海面风的观测误差严重地影响了海表面温度和盐度的遥感精度. 通过研究海面风因子对海表面辐射影响, 建立了海面风(包括风速和风向)与海表面的微波亮温T以及风导致的亮温修正量DT之间的关系; 在此基础上, 提出了利用微波辐射计的单卫星、多角度观测数据反演海表面盐度和温度的算法. 在这个算法中, 风对海表面辐射影响已经被剔除, 风速和风向不再是反演算法的输入参数. 因此, 该算法不受制于海面风速和风向的影响导致的误差. 这样, 为利用单卫星、多角度微波辐射计遥感海表面盐度和温度提供了一个新途径.     

京津冀城市群地区夏季低层大气风速谱特征分析

利用京津冀城市群地区6个观测站风廓线雷达夏季一个月同步观测资料,对其进行了风功率谱和小波分析.越接近地面,测站之间风的周期变化特征差异越明显,离地面越远,差异不显著.各站大于1天周期的频谱特征差异小,而小于1天周期的频谱特征差异大.各站频谱在几百米高度有明显日变化.不同位置的测站其日变化周期信号随高度分布表现为不同程度的地形影响效应.部分测站1km高度以下风功率谱在大于1天高频区近似满足-5/3幂分布规律.降水过程风频谱在低层普遍有小于1天的高频周期,这与降水过程高低空风速起伏和变化密切相关.各站平均风矢量日变化在5∶00—6∶00、20∶00—21∶00有明显风速变化和风向转换,1500m以下风向变化差异显著,偏南风出现时间及影响高度与该地区的山谷风和海陆风相联系.各站之间风速相关系数随高度分布呈现出低层低、上层高的特点.最后还给出了风廓线雷达布网建议.     

海陆风及沿海风速廓线在风电场风速预报中的应用

为了建立沿海风功率预报系统,本文探讨了中国沿海风电场风速预报问题,并利用数值模式RAMS对海陆风进行了模拟研究.发现海陆风发生时,海风和陆风阶段风速廓线存在较大差异,海风阶段风速的垂直切变明显小于陆风阶段.海陆风发生时,风速会呈现有规律的变化,即海风和陆风分别有两个时段：风速增加时段和风速减少时段.在为沿海风电场提供风速预报时,当模式预报到海陆风发生时,可以利用海陆风的这种特点,使用统计方法对预报出的风速进行有效的订正.并发现即使没有海陆风发生,当风向为海洋吹向陆地时,风速随高度的垂直切变同样小于陆地吹向海洋的时段.利用统计方法根据不同风向时风速廓线的特性,把数值模式计算高度上的预报结果,精确地插值到风机涡轮高度,会很大程度上减少风速预报的误差及风功率预报环节的误差.     

涠洲岛火山活动空降碎屑的数值模拟

本文应用美国国家气象局提供的1958—1997年全球大气精确的轨道参数和涠洲岛地区风速和风向等数据资料,模拟了火山喷发时空降碎屑的分布情况。结果表明,涠洲岛地区火山喷发形成的空降碎屑分布与喷发时的风速与风向有关,NNW方向的风可使空降碎屑影响到海南省北部地区,SSW方向风可使空降碎屑影响广西东南部和广东西南部的广大地区,1月和7月份喷发时主要影响涠洲岛及周边海域。     

基于谱修正方法的非高斯风场模拟

为克服基于H erm ite谱修正方法的缺点,减少该方法中计算H erm ite多项式系数所需耗费的大量机时,提出了一种模拟非高斯风压场的新方法,采用非高斯累积分布函数（CDF）映射技术来代替基于H erm ite的概率密度函数（PDF）修正。选择任意边缘PDF模型作为概率目标模型,采用目标功率谱密度（PSD）作为样本函数,通过迭代修正该样本函数,使其收敛于目标概率密度函数和目标功率谱密度。将该方法应用于实际结构的非高斯风场模拟,模拟结果与目标谱符合良好,表明本文方法模拟非高斯风场具有较高的精确度和计算效率。     

利用全极化微波辐射计资料反演台风境内海面风场

作为一种新兴的被动遥感技术,全极化微波辐射计不仅可以提供海面风速产品,还可以提供海面风向产品.以往利用全极化微波辐射计观测亮温进行海面风场反演仅在晴空条件下进行,本文通过对观测亮温结合台风区域海面风场的分布特征进行分析,验证了全极化微波辐射计具有在台风等恶劣天气条件下进行海面风场观测的能力.基于敏感性分析实验,确定使用6.8 GHz和10.7 GHz等低频通道组合可进行台风区域内海面风场反演.其中,海面风速反演使用基于统计的多元线性回归算法,同时对海面温度、大气水汽含量、云中液态水含量及降水强度等物理量进行反演计算,为海面风向反演做准备.海面风向反演使用物理统计法进行,借鉴散射计风向反演使用的最大似然估计法.通过在全极化辐射传输前向模型中加入降水对大气透过率的影响、设计第三和第四Stokes通道亮温环境影响修正函数,在实现台风区域内海面风向反演的同时减小了反演误差.通过对“云娜”台风境内海面风场进行数值计算,验证了本文反演算法的可行性,并对反演误差的空间分布特征进行了分析.将2004年各台风过程的海面风场反演结果与散射计风场产品进行对比,海面风速和海面风向反演的均方根误差分别为1.64 m·s^-1和18.02°.     

Evaluation of dam overtopping probability induced by flood and wind

This study develops a probability-based methodology to evaluate dam overtopping probability that accounts for the uncertainties arising from wind speed and peak flood. A wind speed frequency model and flood frequency analysis, including various distribution types and uncertainties in their parameters, are presented. Furthermore, dam overtopping probabilities based on monthly maximum (MMax) series models are compared with those of the annual maximum (AMax) series models. An efficient sampling scheme, which is a combination of importance sampling (IS) and Latin Hypercube sampling (LHS) methods, is proposed to generate samples of peak flow rate and wind speed especially for rare events. Reservoir routing, which incorporates operation rules, wind setup, and run-up, is used to evaluate dam overtopping probability.     

基于高频高光谱近感观测量化风对蓝藻水华的影响

全球气候变化显著影响湖泊理化环境和生态系统演化,对生态系统服务造成负面影响甚至引发生态系统灾变,其中风速下降可能促使富营养化湖泊蓝藻水华的暴发和水面漂浮集聚。以往由于较低的观测频次,往往很难精细量化风对蓝藻水华的影响。利用陆基高光谱近感观测技术,基于分钟小时尺度开展周年高频观测,通过对6—10月蓝藻生长期太湖表层水体叶绿素a浓度统计分析,量化蓝藻水华高频动态变化特征,确定蓝藻水华漂浮集聚的风速阈值。研究发现,随着风速的下降,水体表层叶绿素a浓度随之增加,蓝藻水华出现概率也随之增加。概率分析显示,当近地面风速小于2.5 m/s时,湖泊表层比较容易形成明显肉眼可见的蓝藻水华,藻华发生概率为55.1%。长时间持续的低风速容易诱发蓝藻水华形成和漂浮集聚,强风浪事件后低风速出现1～2天叶绿素a往往就能恢复以往较高水平,这为管理者有效防控蓝藻水华提供了新视角。长期气象观测显示,气候变化影响下太湖地区风速呈现显著下降趋势,增加了蓝藻竞争优势和发生概率,有助于其在表面漂浮集聚。在未来的气候变化情景下,如果风速继续呈现下降趋势,在营养盐条件不变情况下湖泊表层蓝藻水华发生概率可能还会上升,增加蓝藻水华防控...     

水体浊度对风速、风向及其时间累积效应的响应——以太湖贡湖湾为例

水体浊度是影响水下光场及营养盐循环的关键要素之一,其变化过程与水生生态环境演变关系密切.基于2015-2016年7个时段于太湖贡湖湾内外的金墅和上山村两站点的水体浊度及东山气象站的逐时风场数据,利用分位统计等方法,探讨了风速、风向及时间累积效应对水体浊度的影响.结果表明：在以风场驱动为主要动力来源的大型浅水湖泊中,春、秋两季水体浊度的变化频率高于夏、冬两季,且春季变率更为突出;冬季风场和水体浊度的变率均较夏季明显.风场（包括风速、风向及其累积时间）是影响水体浊度变化的关键因素.其中风速是主要决定性因子;风向对水体浊度有较明显的影响,其通过对风速效应的修正进而影响水体浊度,该修正作用可用三角函数表征;水体浊度变化同时还受前期风场累积的影响,其前期时间累积效应的有效时段为2~10 h.该研究给出了风速、风向及风场累积效应的耦合对水体浊度的影响模型,有助于弄清风场对水体浊度变化的影响机制.     

Adaptive neuro-fuzzy evaluation of wind farm power production as function of wind speed and direction

Wind velocity assumes a critical part for measuring the power created by the wind turbines. Nonetheless, power production from wind has a few weaknesses. One significant issue is that wind is a discontinuous energy source which implies that there exists substantial variability in the generation of vigor because of different variables, for example, wind speed. Wind direction is a significant variable for proficient turbine control for getting the most energy with a given wind speed. Taking into account the conjectures on wind heading, it might be conceivable to adjust the turbine to the wind bearing to get the most energy yield. Since both forecasts of wind speed and direction are basic for effective wind energy collecting it is crucial to develop a methodology for estimation of wind speed and direction and afterwards to estimate wind farm power production as function of wind pace and heading distribution. Despite the fact that various numerical functions have been proposed for demonstrating the wind speed and direction frequency distribution, there are still disadvantages of the models like very demanding in terms of calculation time. In this investigation adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS), which is a particular sort of the artificial neural networks (ANN) family, was used to anticipate the wind speed and direction frequency dispersion. Thereafter, the ANFIS system was utilized to gauge wind homestead power creation as function of wind velocity and bearing. Neural system in ANFIS modifies parameters of enrollment capacity in the fuzzy logic of the fuzzy inference system. The reenactment outcomes exhibited in this paper demonstrate the adequacy of the created technique.     

兰新第二双线铁路防风明洞实验段风荷载数值模拟研究

介绍了高速铁路防风明洞的基本作用及设计方法;利用计算流体动力学原理中的数学模型及控制方程,对兰新第二双线铁路防风明洞大风作用下的风荷载进行了分析;通过计算工况的假定以及边界条件的合理设定,采用有限体积法建立防风明洞数值分析模型,并模拟计算了平地路段、浅路堑地段和路堤地段三大类工况和70、60、50、40m/s4种风速情况。研究结果表明：①开孔情况下,明洞各部位所受风荷载随着风速增大而增大;②明洞迎风侧均为正压,平地地段与路堤地段所受正压较接近,最大值出现在风速为70m/s时,迎风边墙正压为3202Pa;③明洞拱顶及背风侧均为负压,浅路堑地段所受负压最大值出现在风速为70m/s时,拱顶负压为-3550Pa;④各地段背风侧所受负压均小于-1500Pa,背风墙脚与背风边墙受力基本相同;⑤各地段各风速情况下,拱顶处负压均为最大;⑥开孔情况下的明洞各部位风荷载,普遍小于不开孔情况;⑦明洞开孔附近有回流风速,并随着外界风速增大而增大。     

中国东部西南低空急流日变化特征及其机制

本文利用Final Global Data Assimilation System (FNL) 6小时再分析数据集分析了西南低空急流的日变化特征及其影响因子,结果表明:西南低空急流具有明显的日变化特征,在夜间和早晨(02LST,08LST)中国东南大部分地区急流发生频率较高,而在白天和傍晚(14LST,20LST)低空急流发生频率较低.经向地转风分量在一天内基本保持稳定,经向非地转分量在02LST最强,占实际风场强度50%以上,而在14LST和20LST,经向风场近似满足地转平衡.对风场非定常性、风速在流动方向上的非均匀性、流线弯曲和大气斜压性产生的地转偏差的分析结果表明,经向非地转风的日变化主要是由局地变压、水平风场涡度、垂直运动和温度梯度的日变化产生,副热带高压强度和位置的变化、青藏高原大地形加热效应和昼夜间海陆热力性质差异是造成经向非地转风夜间加强的重要原因.在中国东部地区,风速在流动方向的非均匀性虽然有利于非地转风的产生,但其没有明显的日变化,不是经向非地转风在夜间加强的主要原因.