2008年秋季从化山谷风观测研究

利用2008年10月15日—11月16日在广州从化获得的基线小球测风资料,分析研究了秋季从化山谷风的特征。研究表明:从化山谷风主要出现在系统风速小于1.5 m/s,谷风出现时间为10:00—18:00,山风强度比谷风强度大;山谷风厚度大致为300 m,回流出现高度在300～700 m;山谷风转换期间,静小风频率较高;系统风与山谷风方向相反时,山谷风高度内多为静小风。冷锋过境时不会出现山谷风。     

基于地基与星载激光雷达技术的武夷山山谷风环流研究分析北大核心CSCD

山谷风是一种热力驱动产生的局地环流,武夷山市三面环山,中部为丘陵地带,使得该地常年盛行山谷风。基于地面气象观测站、边界层测风激光雷达及激光雷达卫星Aeolus数据研究了武夷山山谷风环流特征。结果表明,夏季出现山谷风日天数最多,山谷风日出现时大气日变化特征显著,表现为山风出现的时间段,以偏北风为主,风速较小,低空激光雷达回波信号较强,气流运动以下沉为主,垂直方向上形成环流圈;谷风阶段,以偏南风为主,较山风阶段风速有所增强,低空激光雷达回波信号减弱,以上升气流为主;激光雷达数据融合的风廓线可见,武夷山非山谷风日常出现在对流层中低层盛行偏南风的天气形势下,偏南风将水汽输送至当地,使得当地低空被较厚云层覆盖或出现降水过程,从而削弱了山地与谷地的热力差异,局地环流被打破,山谷风环流无法形成。     

京津冀地区低层局地大气环流的气候特征研究

本文采用2007-2016年的中尺度数值模拟结果和15个地面气象站观测资料,定义了局地风场表征风速,研究京津冀平原地区局地大气环流日变化的气候特征,并对区域大气污染及其输送的影响进行分析。此外,对2016年12月30日至2017年1月7日北京地区跨年大气重污染过程进行了个例分析。得到结论:京津冀平原地区低空风场变化是天气系统与局地大气环流共同作用的结果,山谷风环流致使太行山和燕山沿线平原地区大气边界层内的长年主导风向为偏北和偏南;太行山和燕山沿线地区山谷风环流本身呈顺时针旋转的日变化特征,夜间至早晨谷风转向山风,午后至夜间山风转向谷风;在午后谷风向山风转向期间,容易形成沿太行山东麓和燕山南麓、自南向东北的"弓形"气流输送通道,此气流输送通道在1月于21时左右形成,持续时间大约3 h,在7月于18时左右形成,持续时间可达9 h;冬季午后至晚间盛行谷风时,受山体的阻挡,污染物容易在山前累积,导致污染浓度增高;夏季同样的情况会发生在后半夜。     

大理苍山—洱海局地环流的数值模拟

利用耦合了湖泊模型的WRF_CLM模式模拟了秋季大理苍山—洱海地区的局地环流特征。结果表明:模式对近地面温度、风向、风速的模拟与观测基本一致,模拟结果能较好地再现该地区山谷风和湖陆风相互作用的局地环流特征。在秋季,大理苍山的谷风起止时间为08:00~17:00(北京时,下同),湖风起止时间为09:00~19:00。局地环流受高山地形及洱海湖面影响明显,山谷风形成早于湖陆风1 h,夜间山风、陆风强盛于白天谷风、湖风。白天苍山谷风与洱海湖风的叠加作用会驱动谷风到达2600 m的高度,而傍晚最先形成的苍山山风则会减弱洱海的湖风环流。夜间盆地南部在两侧山风、陆风的共同作用下,形成稳定而持续的气旋式环流。日出以后,对流边界层迅速发展,边界层高度逐渐增高。陆地17:00温度达到最高,边界层高度也达到峰值2000 m,之后逐渐降低。日落后形成稳定边界层,边界层高度在夜间基本保持在100 m。相对于陆地,湖面白天边界层高度低300 m,夜间边界层高度高100 m。     

复杂地形下局地山谷风环流的理想数值模拟

利用计算流体力学手段,结合基于气象站观测事实并理想化的初始条件,对重庆复杂地形下局地山谷风环流进行高精度数值模拟,探讨因复杂地形而导致的热力差异对山谷风环流形成的影响。结果表明,仅仅由地形高低起伏导致的热力差异能够在局地形成山谷风环流。在白天,受太阳辐射作用,山坡升温幅度比山谷明显,在同一海拔处形成温度差异,形成谷风环流。理想的谷风在山脊两侧坡度较大的近地面最为明显,风速可达0. 15 m·s~(-1),但在山坡和山谷地势较为平坦的区域则不显著。在凌晨,山谷的保温作用明显,且山坡辐射冷却较强,故产生由山坡吹向山谷的山风环流。模拟的山风特征与谷风基本一致,但强度稍小(0. 1 m·s~(-1)),方向相反。扩大山坡与山谷热力差异的敏感性试验表明,白天的谷风环流能明显增强,近地面全风速可达0. 4 m·s~(-1),且对应的垂直速度以及边界层高度均有所增加;但晚上山风环流的增强则不明显。     

北京山区与平原冬季近地面风的精细观测特征

利用2009—2018年冬季北京地区200多个自动气象站逐时10 m风速、风向观测数据,分典型区域（山区、山区与平原过渡区、平原区、城区）研究北京地区冬季近地面风的精细特征,并使用有完整记录的2 a（2017和2018年）冬季延庆高山区不同海拔高度10 m风逐时观测数据,多视角分析高山区不同海拔高度近地面风的特征和成因,以深刻认识北京地区复杂地形条件下冬季近地面风的特征和规律。结果表明:（1）北京地区冬季近地面平均风受西部北部地形、城市下垫面粗糙度和冷空气活动共同影响,平均风速沿地形梯度分布,山区高平原低,平原中又以城区风速最小;盛行西北风和北风,在城区东、西两侧盛行风出现扰流,在山区和过渡区一些地方还存在与局地地形环境明显关联的其他盛行风向。（2）4个典型区域冬季近地面风速日变化均表现为白天风速大于夜间,午间风速最大的“峰强谷平”单峰特征,这一特征的稳定性在城区高、山区低。（3）4个区域冬季弱风（< 1 m/s）频率为31%—42%,城区较高、山区较低;强风（> 10.8 m/s）频次则是山区多、城区少,强风风向主要表现为偏西—偏北,与冷空气活动密切关联;城区、平原区和过渡区偏南风频率均为极小,暗示北京“山区—平原”风模态在冬季是“隐式”的、不易被直接观测到。（4）近地面风的水平尺度代表范围在延庆高山区高海拔处明显大于低海拔处,海拔1500 m附近（平均的边界层顶高度）是延庆高山近地面风速日变化特征的“分水岭”,低于该海拔高度时近地面风速日变化表现为前述“峰强谷平”单峰特征,而高于该海拔高度时近地面风速日变化则呈现相反特征,即夜间大白天小、午间最小的“峰平谷深”特征,这是由边界层湍流活动的日变化及伴随的低层自由大气动量向边界层内下传所致。（5）延庆高山近地面风速大体上随观测高度而增大,高海拔站点日平均风速数倍于低海拔站点。白天—前半夜,海拔约2000 m的站点冬季盛行偏西风,风向变化不大,但风速为2—12 m/s;1000 m左右的低海拔站则风速比较稳定（< 6 m/s）,风向从午间至傍晚相对多变。      

山区复杂地形条件下的风场分析

利用实测资料对山区复杂地形条件下风场的一般特征和局地性特点作了计算分析,详细分析了山谷风的时空变化规律,比较了山谷风演变的不同阶段以及不同季节的特点和差异.     

基于WRF-LES的崇礼复杂地形局地风场模拟研究

采用四重嵌套的WRF-LES,针对2022年北京冬奥会张家口崇礼赛区开展局地风场模拟试验,基于地面自动气象站和激光雷达观测资料,对一次晴空高压系统控制下的具有明显局地风环流特征的天气个例模拟结果进行检验评估。文中引入了STRM1 30 m地形数据、glc2015 27 m土地利用数据和CL‐DAS的土壤湿度数据用以提高模拟结果的准确性,并设计了敏感性试验来探讨不同资料对模拟结果的影响。结果表明：(1)WRF-LES能够呈现出复杂地形下局地风场的时空变化特征,各站风向绝对误差在10°～60°,风速绝对误差在0.5～2 m·s^-1。在山谷和山沟区域,模拟风场和观测风场都表现出明显的日变化特征,海拔较高站点的误差比海拔相对较低站点的误差更小。海拔较低站点在山谷风或上下坡风发展稳定时段风向误差较小,风向转换时段误差较大。(2)更新地形、土地利用以及CLDAS土壤湿度初始场对模拟结果都有一定程度改善。其中更新CLDAS土壤湿度初始场对风向和2 m气温的改善效果最为明显,风向绝对误差减小4.26°,2 m气温绝对误差减小0.84℃。更新土地利用对风速的改善效果最明显,风速绝对...     

2022北京冬季奥运会冬季两项赛场山谷风现象初探

基于2019年1—3月张家口站探空资料与张家口市崇礼区B1638、B1640区域自动站的每小时2分钟平均风向、2分钟平均风速、整点气温及系留气艇探空资料分析第24届冬奥会冬季两项赛场的山谷风特征，为冬奥会天气预报提供参考。结果表明：环境风场较弱时，冬季两项赛场中存在山谷风现象，白天多上坡风及上谷风，夜间多下坡风及下谷风；山谷风系统一天具有两次风向的转变，下谷风转上谷风一般在日出后，而上谷风转下谷风一般在日落后；山谷风系统强度较弱，具有明显日变化，白天偏大而夜间偏小，并且受盛行西风影响明显；风向转变时，会伴随剧烈的气温升降，其原因与冷湖结构密切相关；对山谷风的预报需要综合考虑环境风场强弱、风向的转换时间、风速的分布、风向转换时气温的变化等。     

祁连山南麓夏季地形云特征及山谷风影响分析

利用门源、祁连气象站2004—2013年6—8月逐时常规观测资料,分析了地形云的日变化特征,结果表明:两站夏季总、低云量的日变化呈现双峰型特征;层积云和积雨云的日变化呈反相特征。层积云出现频率最高在清晨,积雨云在午后至傍晚出现频率最高;门源站层积云出现频率高于祁连站,而祁连站积雨云出现频率高于门源站。两站山谷风环流特征明显,风速最大值出现在午后,最小值出现在清晨;门源站谷风控制时间长于山风,祁连站山风控制时间长于谷风。两站积雨云出现时间与山谷风风速最大值出现时间之间具有对应关系;有天气系统影响时形成的积雨云,持续时间较长,降水较多;仅由地形风及热力、湍流作用形成的积雨云,持续时间较短,降水较少。层积云的形成有3种类型:第1种由高层云演变而来;第2种由积雨云对流发展受到抑制而形成;第3种由局地山谷风环流形成,云的形成与山谷风环流以及边界层日变化特征相关。     

2019年冬季北京海陀山局地环流特征及机理分析

海陀山作为北京冬(残)奥会的主要室外赛场之一,其复杂的地形对风场的精细化预报提出了严峻的挑战,亟需开展加密的风场观测提高对复杂地形下局地环流特征及其影响机理的认识,并为提升赛区精细化预报与服务提供数据支撑.基于2019年度海陀山观测试验,利用加密自动气象站、激光测风雷达、涡动相关仪、云高仪等多源数据,对海陀山风场的水平...     

广汉机场春季地面风的变化特征及其对飞行训练的影响

利用广汉机场2010~2014年遥测地面风场资料,分析了春季地面风的年变化、月变化以及日变化特征,讨论了地面风对飞行训练的影响。结果表明:广汉机场春季盛行偏北风,此外主要还受到北西北、北东北风的影响,飞行训练易遭遇左侧风;4~5m/s以及6m/s以上的地面风日数年变化不大,但春季最大风速的年变化差异较大;3~5月月平均地面风速呈递增特征,从3月到5月主导风向由北风顺时针变化为东北风,东东南、东南、南东南风频率逐渐增加,左侧风以及逆风影响增大。地面风速的日变化呈现出“一峰一谷”的大陆型变化特征,即白天风速大,夜间风速小,午后风速最大,4~5m/s的风受日变化影响大,6m/s以上的风主要受天气系统的影响。      

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。      

Multi-scale Transport Processes Observed in the Boundary Layer over a Mountainous Island

Over complex terrain, convection and thermally-driven circulations simultaneously occur under fair weather conditions during the day. To investigate these processes on the basis of observations, simultaneous measurements on different scales are necessary. Comprehensive measurements with the mobile observation platform KITcube were performed on the mountainous island of Corsica during the HYdrological cycle in Mediterranean EXperiment (HyMeX) field campaign in late summer and autumn 2012. Using a case study, the benefit of integrated measurement systems and coordinated scan strategies was demonstrated, and experimental evidence of, and new insights into, convective and advective transport processes in a valley were obtained. Convection, thermally-driven circulations and topographic and advective venting led to the diurnal cycle of temperature, humidity and wind over complex terrain in the mountain atmospheric boundary layer (mountain ABL), which was deeper than an ABL over homogeneous terrain under equal surface forcing. Due to the combined transport processes on different scales, the mountain ABL in a valley also extended beyond the convection layer, which was characterized by surface-based, buoyancy-driven turbulent mixing. Strong subsidence, with a vertical velocity of about 1 m s \(^{-1}\) , was present within the mountain ABL for several hours around noon and suppressed the convection-layer growth. Above the layer with subsidence, elevated vertical motions, consisting of alternating updrafts and downdrafts, occurred. Once the convection layer grew to the bottom of the layer with elevated vertical motions, surface-based convective cells occasionally coupled to the elevated updrafts, as a result of which the convection layer rapidly deepened.     

Wintertime winds in and around the Ulaanbaatar metropolitan area in the presence of a temperature inversion

Temperature inversions are frequently observed in mountainous urban areas and can cause severe air pollution problems especially in wintertime. This study investigates wintertime winds in and around the Ulaanbaatar, the capital of Mongolia, metropolitan area in the presence of a temperature inversion using the Weather Research and Forecasting (WRF) model coupled with the Seoul National University Urban Canopy Model (SNUUCM). Ulaanbaatar is located in complex terrain and in a nearly east-west-oriented valley. A wintertime scenario with clear skies, weak synoptic winds, and a temperature inversion under the influence of a Siberian high-pressure system is selected. Local winds are weak in the presence of the temperature inversion. In the daytime, weak mountain upslope winds develop, up-valley winds appear to be stronger in the urban area than in the surrounding areas, and channeling winds are produced in the main valley. The bottom of the temperature inversion layer rises up in the urban area, and winds below the bottom of the temperature inversion layer strengthen. In the nighttime, mountain downslope winds and down-valley winds develop. Urban effects in the presence of the temperature inversion are examined by comparing the results of simulations with and without the city. It is shown that in the daytime the urban area acts to elevate the bottom of the temperature inversion layer and weaken the strength of the temperature inversion layer. Winds east of the city weaken in the afternoon and down-valley winds develop later in the simulation with the city.     

基于大涡模拟的冬奥赛区风环境精细化评估

风是北京冬奥会场外赛事考虑的首要气象因素,精细评估竞赛场地核心区域风环境对赛道施工建设、遴选防风方案及赛事安排非常必要.以北京冬奥会延庆赛区为中心,将2009-2021年冬奥赛事月份(2-3月)天气环流场进行客观天气环流分型(分为93组),采用北京城市气象研究院睿图-大涡模式系统对各组的典型个例开展37 m×37 m分...     

A Comparative Study of Stationary and Non-stationary Wind Models Using Field Measurements

We present a comparative study of the conventional stationary wind speed model and a newly proposed non-stationary wind speed model using field measurements. The concept of, and the differences between, the two wind models are briefly reviewed. Wind data recorded by a field measurement system for wind turbulence parameters (FMS-WTP) of 1-year duration are analyzed using the two wind models. Comparisons were made between the wind characteristics obtained from the two models, including hourly mean wind speed, turbulence intensity, the wind spectrum, integral length scale, root coherence function and probability density function. The effects of wind types (monsoon or typhoon), statistical properties (stationary or non-stationary), and surface roughness (open-sea fetch or overland fetch) on wind characteristics are discussed. The comparative study demonstrates that the non-stationary wind model appears to be more appropriate than the conventional stationary wind speed model for characterizing turbulent winds of one-hour duration over complex terrain.     

新疆百里风区风廓线观测分析

利用2009年3月25日至4月8日在新疆百里风区十三间房气象站观测取得的风廓线资料,分析了该地区低空风场的平均日变化、逐日变化以及强风天气条件下大气风场特征。研究表明:①十三间房地区观测期间纬向风主要盛行西风气流,经向风以北风为主,在大风天气条件下经向北风气流明显大于同时间纬向西风气流。②受七角井山口狭管效应的影响,该地区1500m高度以下水平风速总体大于其上风速。③日、夜平均廓线分析表明,夜间风速大于白天,但二者随高度的变化趋势基本相同,1500m以下,水平风速随高度的升高呈减小趋势,1500m以上,随高度升高呈增大趋势。④Airda3000Q型边界层风廓线雷达可获得时间和空间分辨率较高的风场资料,通过分析其探测到的水平风廓线资料,可清晰地监测大风天气的发生和变化过程。