舟山跨海大桥沿线气象因子特征研究

利用2009年12月—2013年4月舟山跨海大桥13个自动监测站的逐分钟监测资料,分析大桥沿线气象要素特征。结果表明:1)舟山跨海大桥各段气象特征差异明显,金塘大桥雨日最多,气温高;西堠门大桥雨日最少,但雾日最多;岑港大桥雾日较少,风速较小;桃夭门大桥风速较大;响礁门大桥年平均大风日数较多。2)从时间上来看,舟山跨海大桥上雨日最多的出现在6月,进入秋季后雨日明显减少,10、11月为一年中雨日最少的月份,不足10 d。早晨8时是雾的高发和易发时段,上午10时起雾逐渐开始消散,12—17时出现雾的概率较小。3)大桥四季的主导风向各不相同,春季多盛行西北到北风,夏秋季节东风明显增强,夏季偏东风最多,秋季东南风较多,到了冬季时,主要风向又转向北风。     

铁路(高铁)横风监测预报技术方法初探

强横风是影响铁路(高铁)运行最为严重的气象灾害之一。气象监测/预报风速与对铁路运行有实际影响的风速之间存在显著差异。本研究从铁路部门实际需求出发,结合铁路气象学基本原理和地理信息系统空间分析与数据融合技术,初步探索了铁路(高铁)横风监测预报的技术方法,主要包括精细化网格风速监测/预报新产品的应用、精细化道路分段及各路段下垫面类型的提取、反映路段基本特征的风速订正技术,以及综合考虑铁路线路走向和风向的横风转化技术等。同时,以哈大客运专线四平段一座典型高架桥为例,分析了气象风速资料在该高铁路段的适应性及风速订正效果,探讨了本技术方案的可行性。该方法将常规气象风速资料转化为对列车运行有实际影响的风速,对于开展针对性强、专业化程度高的铁路气象服务具有一定的指导意义。     

舟山跨海大桥夏季路表温度特征及统计模型

利用2010—2016年舟山跨海大桥沿线自动气象站逐分钟气温、路表温度资料和舟山站逐时日照时数资料,通过质量控制方法筛选站点,讨论了复杂多样的下垫面条件下,跨海大桥夏季最高气温、最高路表温度分布特征,并根据其特征分类建立线性统计模型。结果表明:最高气温分布自西向东呈"递减—弱递增"趋势,转折点位于册子岛。最高路表温度分布与大桥所在下垫面类型相关,下垫面为海面时(海面类),最高路表温度高;下垫面为陆地时(陆地类),最高路表温度低。受海岛复杂地形影响,册子岛以东站点并不完全满足上述规律。根据下垫面类型建立最高路表温度的统计模型,模型反映日照项对海面类路表温度的贡献明显大于陆地类,气温项对两类路表温度的贡献相差不大。模拟整体效果较好,但由于统计方法对样本的依赖性,部分样本预测值与实测值间仍存在较大偏差。此外,本文的质量控制方法能够较灵敏地反映跨海大桥站点的错误数据,一定程度上避免了其对结果的干扰。     

武汉青山长江公路大桥设计的风参数研究

利用黄陂气象站、武汉青山长江公路大桥桥位处新建的测风塔和湖北省农展中心自动气象站风资料,采用极值I型分布法对武汉青山长江公路大桥设计的风参数进行研究,结果表明:(1)桥位区10 m高度年最大、极大风速为分别为17.0 m·s~(-1)、20.9 m·s~(-1),年均大风日数为5.8 d,年最多风向为NNE;(2)气象站100 a重现期10 m高度10 min平均年最大风速(基本风速)为25.6 m·s~(-1),桥位处100 a重现期10 m高度10 min平均年最大风速(设计风速)为29.0 m·s~(-1);(3)风速较大时水平动量的垂直湍流通量较风速小时大、湍流参数较风速小时小、湍流谱密度值较风速小时增大1～2个量级;极大风速发生时1 h内的风攻角为0°～3°。     

新疆铁路沿线前百公里风区大风特征统计分析

基于2015—2017年新疆铁路沿线17个大风监测站的逐时观测资料,分析了南疆线前百公里风区的大风时空分布特征,并与著名的百里风区代表站十三间房气象站进行对比分析,结果表明:前百公里风区通常是指新疆著名的三十里风区和百里风区外又一强风区带,风速强劲,大风历时长,其间以铁泉西至三个泉大桥区段风速最大,代表站三个泉大桥瞬间极大风速比十三间房气象站平均大12.2 m/s;前百公里风区平均风速季节变化规律为夏季春季秋季冬季;5月达到月均风速的最大值,1月为最小值;平均风速日变化呈单峰形式变化。大风情况下前百公里风区沿线主导风向较稳定,为NW(西北风)至N(北风)之间。风区中铁路沿线呈东北—西南走向,正好与大风的主导风向相正交,形成横风,对列车运行可产生较大的危害。     

北京冬季大风过程大气边界层特征分析

利用北京中国科学院大气物理研究所325 m气象观测塔的气象梯度资料和湍流资料,分析了2014年11月29日至12月5日北京两次大风过程中气象要素和湍流输送特征的变化。第一次大风过程的强度和持续时间均高于第二次大风过程。强烈的风速垂直切变主要集中在距地面100 m高度范围内,最强风速垂直切变达到0.31 s~(-1)。大风过程中,阵风系数呈现随高度减小的趋势,越接近地面,阵风系数愈大。阵风强度的变化与阵风系数相似,100 m以下高度时,阵风强度随高度增大而减小。大风过程自上而下改变边界层结构,平均动能、湍流动能和摩擦速度最先从上层(280 m)发生变化且迅速增加。近地层由于风速垂直梯度的显著差异,近地层垂直方向的湍流强度最大。大风时各功率谱在低频区(0.01 s~(-1))达到峰值,大风过后各高度的能量都有所下降。     

地形及下垫面对渤海大风影响的数值研究

为研究渤海周围下垫面对大风的影响,利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式,对2009年4月13和15日两次渤海东北大风过程进行了地形和海洋下垫面敏感性试验。结果表明:渤海北部地形对渤海海面大风有增强作用。地形的存在会使大风区更偏东,冷空气速度略偏慢,而辽宁东部地形的阻挡作用会使黄海北部海面风速减小。辽河平原喇叭口地形的存在使喇叭口东北部风速增大,而喇叭口西南侧及渤海海面风速减小。由于海洋下垫面较光滑,会对海上大风起到增强作用,引起"向岸风"效应。海洋下垫面对大风的增强作用与大风强度有关,风速越大,海面对大风的增强作用越明显,向岸风作用也就越明显。两次东北大风的试验结果表明,海面对大风的增强作用在渤海北部约2~3 m·s~(-1),渤海南部约3~5m·s~(-1)。渤海海洋下垫面对大风的增强作用大于渤海北部地形动力作用。     

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。     

珠海至香港跨海大桥设计风速、风压建议值的分析计算

珠海至香港的跨海大桥工程是经国务院批准立项的粤港间大型跨境项目。桥梁工程的抗风稳定性问题是设计和建造大桥过程中的一个关键性问题 ,需对桥位及其附近地区的气象环境条件进行全面、详细的调查分析 ,其中抗风设计所需的各高度重现期风速、风压值的大小直接影响到大桥的安全和工程的投资造价。本文讨论的主要是海平面至桥面各高度重现期的 1 0ｍｉｎ平均最大风速、风压值的分析和计算。1　桥位区域的现状　　珠海与香港跨海大桥设计方案为悬索桥 ,全程长约 5 3ｋｍ ,中途经过珠江口上的两个海岛 (淇澳岛、内伶仃岛 ) ,大桥最大主跨度为 …     

浙江近海冬季大风风速推算和ASCAT风速订正方法探讨

利用2010—2014年12月至次年2月浙江省自动气象站测风资料和ASCAT散射计反演的风场资料,通过模糊聚类空间分型,选取有代表性的站点建立浙江近海冷空气大风的风速推算公式,并对ASCAT近海风场产品进行误差分析和风速订正。结果表明:冷空气影响时浙江北部近海多数自动站与舟山浮标站相比有偏南风矢量差,南部近海自动站比温州浮标站有东南风矢量差,自动站风速一般小于浮标站。海拔高度与自动站和浮标站风速差值δ相关性不显著,站点离岸距离是影响δ的主要因子。冷空气影响时浙江近海ASCAT反演风速与实况相关系数的分布具有平行于海岸线且自西向东增大的特征,相关系数超过0.5的站点一般离岸30 km以上,舟山和温州12个浮标站测风与ASCAT反演风具有较好的相关性。浙江近海ASCAT风速的误差空间差异较大,经订正后的风速分布也具有平行于海岸线、自西向东逐渐增大的特征,且与观测的误差绝对值一般小于2 m·s~(-1)。     

北京北郊冬季大风过程湍流通量演变特征的分析研究

利用中国科学院大气物理研究所325 m气象观测塔1993年12月～1994年1月大气边界层实验资料, 计算分析了大风过境过程中47 m和120 m高度湍流通量演变特征及其影响因子, 以及与风速、 稳定度等参数的关系。结果表明: 大风过程对近地面层的物质能量输送有着重要影响, 大风之前出现短时间动量上传和热量下传; 大风过程中的湍流通量数值明显高于过境后, 水平方向湍流通量数值和能量增加幅度大于垂直方向; 当风速大于临界值5 m/s时, 湍流通量与风速、 湍流动能的相关迅速增大; 湍流谱特征表现为湍流能量的低频部分增加、 湍流谱曲线变宽; 大风能强烈影响近地面层的能量收支。     

城市化对咸宁地区风速和相对湿度的影响分析

利用1981—2014年的地面观测资料、NCEP/NCAR再分析资料,根据卫星数据实现城郊站点分类,选取赤壁站作为城市站,崇阳站作为郊区站,分析咸宁地区相对湿度和风的年和季节变化特征,并采用UMR(Urban Minus Rural)方法和OMR(Observation Minus Reanalysis)方法定量解析城市化对咸宁地区相对湿度和风速的影响。结果表明:近34年来城区和郊区的风速分别以-0.18 m·s~(-1)/10a和-0.05 m·s~(-1)/10a的速率逐渐减小,UMR值(城郊距平差)的变化趋势为-0.13 m·s~(-1)/10a,对应的城市化贡献率为75%,城市化对风速的影响在夏季最为明显,其贡献率为100%。近34年来城区和郊区的相对湿度分别以-1.34%/10a和-2.49%/10a的速度减小,且郊区减小的幅度大于城区的,近10年来城区的相对湿度开始大于郊区的,城市化对咸宁地区相对湿度的影响表现为由"干岛效应"向"湿岛效应"的转换,且"湿岛效应"在夏季表现最为明显。利用UMR和OMR方法计算的风速和相对湿度的变化趋势较为一致,但UMR计算结果表明城市化对风速减小及相对湿度增加的影响更为显著,能更好地反映城市化进程对咸宁地区相对湿度和风速的影响。     

冷涡背景下河北雷暴大风环境条件与对流风暴演变个例分析

2017年7月9日河北中南部出现一次区域性雷暴大风天气过程,该过程属于典型的高空冷平流强迫型强对流天气,对流云团先后影响河北中南部的南(Ⅰ)、北(Ⅱ)两个区域。利用常规地面高空观测资料以及卫星云图、多普勒天气雷达、区域自动站与NCEP 1°×1°再分析资料,分析了此过程发生的环境条件以及对流风暴的演变特征。结果表明:(1)本次过程发生在蒙古冷涡天气背景下,冷涡后部冷空气与低层暖湿空气在河北南部形成"上干冷下暖湿"的不稳定层结以及较强垂直风切变,区域Ⅰ对流由地形抬升触发,并在高空西北气流作用下向东南方向移动,而区域Ⅱ对流由冷锋直接触发,在平流和传播的共同作用下向东偏北方向移动。(2)造成区域Ⅰ大风的对流系统有飑线、与中气旋伴随的超级单体,飑线成熟阶段后侧入流急流在1 km以下超过31 m·s~(-1),地面大风出现在大风速核前沿、雷暴高压移向的前方和小时正变压中心附近;造成区域Ⅱ大风的对流系统有多种形态,如超级单体、块状回波和飑线,飑线大风出现在阵风锋后侧到小时正变压中心之间。飑线回波强度减弱后冷池密度流、动量下传和变压风共同作用仍可造成地面大风。(3)雷达低仰角径向速度图超过30m·s~(-1)的大风速核配合地面5 hPa以上的小时正变压,风廓线雷达5 km以下的7～10 m·s~(-1)下沉速度伴随1 km以下强的西北风,可作为地面8级以上雷暴大风0～2 h临近预警的参考指标。     

琼州海峡南岸近地面层大风观测分析

利用2009年7月—2011年6月琼州海峡南岸东西两侧2部梯度测风塔2年实测资料,分析了海峡区域近地面层风向风速、阵风系数、风随高度变化的特征。结果表明:海峡东西两侧风参数大小有较大差异。在地面10 m高度风速＜10 m/s时,海峡风向风速有明显日变化,体现了以海陆风为主导的局地环流特征;海峡西侧的日最大风速及风速日较差分别比东侧大0.6 m/s和1.1 m/s;地面10 m高度的阵风系数及风随高度变化的幂指数α分别比东侧小0.03和0.02;阵风系数与α值随地面风速的增大而减小。当海峡地面10 m高度风速≥10 m/s时,阵风系数与α值并未随地面风速增大而减小。天气系统对海峡大风的阵风系数、风向风速演变趋势有一定影响,但对α影响较小。热带气旋大风过程的平均阵风系数比冷空气过程大。中心经过型、近距离经过型和外围影响型热带气旋大风过程的风速演变特征分别为双峰型、单峰型和平台型。过境型、锋消型以及冷暖系统共同影响型的冷空气大风过程的风速演变特征分别为平台型、单峰型和多峰型。      

京津塘高速公路秋冬雾气象要素与环流特征

利用京津塘高速公路2007年10—12月沿路自动气象站风、温、湿及能见度连续观测资料,结合气象台站地面观测及NCEP再分析资料,分析了雾过程中的大尺度环流背景及气象要素分布特征。分析表明局地路段类型雾天气主要出现在上层为下沉气流同时地面为弱气压场的环流条件下;全路段类型雾过程主要出现在对流层低层弱西风槽前的暖平流区、地面冷锋前弱气压场中。2007年10—12月各月雾发生时近地面温度范围分别为9～13℃,4～7℃和-6～1℃;近地面相对湿度一般大于90%。相对湿度为85%～90%时,也有500～1000 m低能见度天气发生。雾发生时近地面风向不定,风速一般小于2 m·s~(-1);当风速大于5 m·s~(-1)时,雾存在的概率极低。文中还给出了各路段雾生消时间、持续时段及雾天气出现次序的一般特征。     

吉林地面和高空风速变化特征及成因分析

利用1975-2012年吉林50个地面气象站观测资料和3个探空站测风资料,对地面和0.5~40km高空风速的时空变化特征进行了分析,并分析了高、低空风速变化的原因。结果表明:吉林地面(10 m)年和四季平均风速均呈现中西部和东部近海区较大、东南部地区较小的空间分布特征;近38年吉林地面年平均风速平均每10年减少0.21 m·s~(-1),高于全国平均和大部分区域平均,大风区或大风季节的风速减小幅度最大;在1975-2012年期间,吉林高空风速随高度增加呈先减小后增大的变化趋势,对流层和平流层下层的夏季平均风速趋于减小,冬季平均风速趋于增加,而且冬季风速增加对年平均风速增加的贡献最大。大气环流系统对吉林地面和高空风速均有影响,城市化的发展、观测环境的改变减小了地面风速。     

乌鲁木齐机场东南大风数值预报及地形敏感性试验

利用WRF模式和GFS资料对乌鲁木齐机场一次东南大风天气进行了预报和地形敏感性试验。模式预报的结果表明:WRF模式对东南大风的起风时间、持续时间、风速大小等方面有较强的预报能力。地形敏感性试验表明:1乌鲁木齐市区与机场300m左右的高度差对机场风速的影响很大;2机场上空下沉运动的强弱与东南大风的强弱有很好的对应关系;3机场东南大风的风速变化并不总是与峡谷两端气压梯度力的变化同步。此次东南大风天气的产生是低空动量下传、狭管效应和下坡风共同作用的结果。动量下传主要出现在海拔2000m以下的高度,下坡风主要出现在海拔935m以下的高度。     

一次罕见强飑线10级大风的雷达回波特征分析

利用宜春、南昌、景德镇等地多普勒天气雷达资料以及常规观测与加密自动站等资料,分析2018年3月4日江西罕见强飑线过程及其伴随的区域性10级以上雷暴大风的成因与雷达回波特征。结果表明:(1)该过程飑线系统发生在槽前暖区,低层强西南暖湿平流、中层干冷空气、强中低空垂直风切变维持为飑线系统提供了有利的环境条件。(2)飑线后侧入流急流的动量下传和干空气卷入风暴的蒸发作用共同导致强烈下沉气流造成快速移动的冷池并引起地面大风。(3)区域性10级雷暴大风的雷达回波特征突出:弓形回波尺度大(200～450 km)、中心强度强(55～60 dBz)、移速快(100～120 km·h~(-1));低层径向速度异常大并出现速度模糊;边界层内大风速核前侧径向辐合强,低层最大径向速度切变大;强回波中心、径向风大风速核和径向辐合带均存在前倾特征。(4)低仰角径向速度图上31 m·s~(-1)以上大风速核和30 m·s~(-1)·(10km)~(-1)以上径向速度切变,反射率因子图上移速大于100 km·h~(-1)的弓形回波,以及风廓线(VWP)图上20 m·s~(-1)大风速核高度下降,都可作为10级大风临近预警的参考指标。     

沿海风工程设计风速中泊松-耿贝尔法的应用

每年西北太平洋热带气旋(TC)发生的次数、移动路径和强度都是随机的,我国东南沿海各地每年受TC影响的次数便构成了某种离散型分布,而TC影响下的最大风速则可以构成某种连续型分布。该文采用上海台风研究所提供的1961—2006年TC中心风速和TC影响期间各台站大风资料,利用泊松-耿贝尔联合极值风速计算方法,计算了沿海各气象站TC影响大风的多年一遇风工程设计最大风速。结果表明:当观测资料样本序列较短,特别是像TC这样随机性很强的天气事件,泊松-耿贝尔联合极值算法更具优势;我国沿海地区有53.9%的台站50年一遇最大风速在25 m/s以下,最大风速大于42.5 m/s以上的台站分布于浙江的大陈岛、嵊山、石浦,福建的北茭和台山,广东的遮浪、上川岛和海南的西沙岛,在这些地区进行风电开发风险较大,应引起足够重视。     

采用次网格地形方案对白鹤滩水电站坝区一次大风天气的数值模拟

基于中尺度气象模式,采用次网格地形方案模拟了2019年3月19~20日四川、云南交界处白鹤滩水电站的一次大风过程,对10 m风速、风向和2 m温度空间分布及日变化的模拟结果进行检验评估,并结合地形分析了坝区易产生大风的原因。结果表明:此次西南大风天气是由高低空一致的西南气流配合地面“东高西低”的环流形势共同造成的。午后热低压发展强盛,地面风速增大,坝区出现8级大风。采用次网格地形方案后,风速的平均绝对误差和均方根误差最高可分别减小17%和14%,同时该方案有效地缓解了模式对白天风速的低估和夜间风速的高估,在大风和小风时段均对风速有较好的模拟能力,从而能更好地刻画风速的日变化特征。综合来看,次网格地形方案能显著改善风场的模拟效果,其中Jiménez方案更适用于坝区大风的模拟,但次网格地形方案对温度模拟没有改善作用。白鹤滩水电站的大风受局地地形影响极大,南北向狭长河谷地形产生的狭管效应使气流增速显著,坝区主体高度区河谷风的放大系数超过3.0,使得白鹤滩水电站极易出现灾害性大风天气。