北京商务中心区大气环境的数值模拟

北京商务中心区(Central Business District,CBD)位于北京市中心的东部,距离故宫博物院约4.5km,占地约4km2,最高建筑物超过300m,建成后会导致局地大气环境改变。采用基于k-ε湍流闭合的城市冠层模式对CBD建成后的大气环境进行模拟,结果表明:主导风向西北风时的大气通风能力稍优于次主导风向西南风,空气动力学粗糙度约5.3m,零平面位移约110.0m;浅色建筑外观、屋顶绿化及高叶面指数植被有助于气温的降低,可缓解夏季热岛效应;交通高峰时段,主要道路尤其是交叉路口的NOx浓度超过国家二级标准。上述研究结果对优化CBD规划设计有重要参考价值。     

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。     

北京夏季一次罕见偏南大风天气的成因分析

利用自动站观测资料、NCEP/NCAR再分析资料、多普勒雷达资料和多普勒雷达四维变分分析系统资料,对北京盛夏时节出现的一次大风天气进行研究分析。结果表明,2014年7月14日午夜,在弱天气尺度强迫的背景下,北京大部分地区出现了持续数小时的6~8级偏南风,造成此次大风天气的成因是:(1)前期(14日20:00-23:00,北京时)河北东南部—山东北部的局地强降水导致该地温度骤降、气压升高,形成冷池出流;冷池北部为弱北风和暖空气,另外受地形影响,出流气流向北推进形成偏南风;(2)偏南风与北京东北部平谷地区出现的局地强降水形成正反馈,偏南风的辐合作用有利于降水的发生;同时伴随着偏南气流的发展,北京上空的上升气流也随之增强,因此降水区的入流抽吸作用进一步促进了偏南风的加速。     

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。     

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。      

成都两次暴雨期间风廓线雷达观测的低空风场特征

利用风廓线雷达高时空分辨率资料,对2018年7月成都两次暴雨期间低空风场特征进行分析。结果表明:(1)强降水开始前,中低层(2~4 km)偏南风增强,甚至可以达到急流强度,低空急流指数峰值出现时间较短时强降水开始时间有一定提前量;(2)短时强降水开始于中低层冷空气入侵之时,0.5 km高度附近的风场扰动出现时间较强降水开始时间提前约1 h;(3)两次强降水过程显示,南风增强产生的强垂直切变有利于强降水发生,而北风增强产生的强切变使得降水减弱。     

蚕状强回波与其强对流天气的预报初探

一、简述 蚕状强回波是造成我地区春季局地强对流天气的重要回波之一。它通过常只有30—60公里长,5—15公里宽,强度≥50db。它生命史短,从产生到消失,一般在两小时以内。它出现的次数不多,平均每年春季约1—2次,但它的出现,几乎都伴有冰雹和破坏力很强的大风。     

湖北三类组织形态强对流系统造成的地面强对流大风特征

利用湖北省2012~2017年区域自动站、天气雷达和周边探空站观测资料,对三类不同组织形态的中尺度对流系统(Mesoscale Convective System, MCS)(线性MCS、非线性MCS和孤立对流风暴)造成的地面强风(极大风速≥17 m/s)的时空分布、移动与传播、对流环境特征等方面进行了统计对比分析,并结合个例讨论了地面入流大风的成因及其对对流系统发展、组织的影响。结果表明:(1)大量的非线性MCS可能是由更早发生在山区和丘陵的孤立对流风暴向平原地区移动过程中组织形成的,孤立对流风暴造成的地面大风出现的峰值时间在17:00(北京时,下同)前后,非线性MCS地面大风的峰值时间在19:00左右;线性MCS造成的强对流大风主要出现在平原地区。(2)非线性MCS和孤立对流风暴是造成湖北省地面大风的主导系统,其中,非线性MCS造成的地面大风站次数占强对流大风站次总数的41.9%,而39.3%的地面强对流大风站次是由孤立对流风暴造成的。(3)虽然大于17 m/s的地面入流大风占所有强对流大风的比例很小,但存在地面入流大风的强对流系统的影响范围、持续时间均远大于同一类型对流系统的平均值。基于一次长生命史线性MCS(飑线)造成强对流大风事件的分析表明:雷暴系统前侧的地面入流大风是由对流强烈发展造成,这支暖湿入流又进一步增强了对流风暴的发展,同时地面入流大风的形成进一步加强了垂直风切变,因而强的地面入流更有利于对流系统的组织化发展。(4)虽然暖季强对流系统的平均引导气流均以西南风为主,但线性MCS主要自西向东移动、非线性MCS以自西南向东北移动为主、孤立对流风暴的移动方向则更具多样性,也更易出现后向传播现象。孤立对流风暴相对组织化的强对流系统而言,往往发生在更不稳定或更干的层结大气中,且环境垂直风切变更弱、风速更小。     

大理机场风特征分析及对飞行的影响

利用大理机场近5 a自动观测系统资料,对平均风向、风速以及大风进行统计分析,结果发现:大理机场全年盛行偏南风,风向夜间到上午为东南风,午后风向逐渐转为西南风,傍晚转为东南风;大理机场年平均风速为5.4 m/s,白天风速大于夜间,且夜间风速稳定;大理机场大风天气主要出现在每年11月—次年4月,出现时间多集中在下午06—11UTC,白天多于夜间,起风时间一般为中午03UTC以后,大风风向为西南风;大理机场干季受大风、颠簸和低空风切变影响较大。     

两次下击暴流天气的环境背景及多普勒雷达特征

利用西安地面自动观测站资料、MICAPS资料和西安多普勒雷达资料对发生在陕西西安地区的两次下击暴流天气过程进行分析,结果表明：（1）2017年7月10日下击暴流发生在伴有冷空气侵入的环境背景场中,中低空垂直风切变弱,0～6 km垂直风切变为10 m/s,有弱的潜在不稳定能量;（2）2017年7月22日的下击暴流发生在副热带高压西北侧高温高湿的环境中,由局地热力条件触发,0～6 km垂直风切变为6 m/s,垂直风切变弱,有中等强度的潜在不稳定能量;（3）7月10日、7月22日两次天气过程中下沉气流同位相叠加,造成地面产生更加有破坏性的灾害性大风;（4）下击暴流初生时,下沉气流导致对流体中高层整体对流减弱,反射率因子减小,当下沉气流产生导致中层径向辐合出现后,中层辐合增强后产生的补偿作用,使得对流体中径向辐合区上部的对流得以再次增强,反射率因子出现短时增大,并维持了对流体底层辐散下沉。     

温坨子区域地面水平流场分布特征研究

利用辽东湾温坨子地区冬夏两季大气扩散试验资料，采用风场诊断模式，对拟建核电站厂区水平风场的分布特征进行了研究, 以为评估该地区拟建核电站的大气污染扩散状况提供基本参数与依据。结果表明:冬季该地区水平风场分布主要有3种形式:1) 呈偏南风型的风场；2) 偏北风型的风场；3) 厂址附近位于高低压中心之间，或整个区域是一均压场, 这时系统风弱，局地风 (包括山谷风及海陆风) 明显，整个区域地面风场比较混乱。夏季该地区水平风场分布主要有4种形式:1) 受季风控制，呈偏南风型的风场；2) 系统风较弱，呈海陆风型的风场；3) 锋前低压控制，产生切变型的风场；4) 受季风控制，呈偏北风型的风场。     

一次华北暴雨过程中边界层东风活动及作用

利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°逐6 h分析资料、微波辐射计资料及FY-2E气象卫星及雷达探测资料,针对2013年6月4日发生在北京及周边地区的一次暴雨过程中边界层东风活动及作用进行了天气学诊断分析,结果表明:对流性暴雨过程伴随有源自东北平原的边界层东风活动,东风活动具有尺度小、降温明显和湿度大等特点。暴雨过程是边界层东风和中低空暖式切变线、偏南风急流和500 hPa短波槽共同作用的结果;东风湿冷空气的锋面抬升和地形抬升作用共同加强了中低层暖湿气流的辐合上升运动,同时东风冷垫和地形抬升作用触发了雷暴的再次发生,相应雷暴具有高架对流特点。东风气流起到了边界层水汽输送作用,中低层偏南暖湿气流为暴雨的产生提供了充足的水汽和不稳定层结条件。     

Changes in Wind Speed and Extremes in Beijing during 1960--2008 Based on Homogenized Observations

Daily observations of wind speed at 12 stations in the Greater Beijing Area during 1960–2008 were homogenized using the Multiple Analysis of Series for Homogenization method. The linear trends in the regional mean annual and seasonal (winter, spring, summer and autumn) wind speed series were-0.26,-0.39,-0.30,-0.12 and-0.22 m s-1 (10 yr)-1 , respectively. Winter showed the greatest magnitude in declining wind speed, followed by spring, autumn and summer. The annual and seasonal frequencies of wind speed extremes (days) also decreased, more prominently for winter than for the other seasons. The declining trends in wind speed and extremes were formed mainly by some rapid declines during the 1970s and 1980s. The maximum declining trend in wind speed occurred at Chaoyang (CY), a station within the central business district (CBD) of Beijing with the highest level of urbanization. The declining trends were in general smaller in magnitude away from the city center, except for the winter case in which the maximum declining trend shifted northeastward to rural Miyun (MY). The influence of urbanization on the annual wind speed was estimated to be about-0.05 m s-1 (10 yr)-1 during 1960–2008, accounting for around one fifth of the regional mean declining trend. The annual and seasonal geostrophic wind speeds around Beijing, based on daily mean sea level pressure (MSLP) from the ERA-40 reanalysis dataset, also exhibited decreasing trends, coincident with the results from site observations. A comparative analysis of the MSLP fields between 1966–1975 and 1992–2001 suggested that the influences of both the winter and summer monsoons on Beijing were weaker in the more recent of the two decades. It is suggested that the bulk of wind in Beijing is influenced considerably by urbanization, while changes in strong winds or wind speed extremes are prone to large-scale climate change in the region.     

Nocturnal Low-level Winds and Their Impacts on Particulate Matter over the Beijing Area

Three-month wind profiles, 260 m PM1 concentrations [i.e., particulate matter (PM) with an aerodynamic diameter ≤ 1 μm], and carrier-to-noise ratio data at two Beijing sites 55 km apart (urban and suburban) were collected to analyze the characteristics of low-level nocturnal wind and PM in autumn and winter. Three mountain-plain wind events with wind shear were selected for analysis. The measurements indicated that the maximum wind speeds of the northerly weak low-level jet (LLJ) below 320 m at the suburban site were weaker than those at the urban site, and the LLJ heights and depths at the suburban site were lower than those at the urban site. The nocturnal 140 m mean vertical velocities and the variations in vertical velocity at the urban site were larger than those at the suburban site. A nocturnal breeze with a weak LLJ of ～3 m s-1 noticeably offset nocturnal PM transport due to southerly flow and convergence within the northern urban area of Beijing. Characteristics of the nocturnal LLJ, such as start-up time, structure, intensity, and duration, were important factors in determining the decrease in the nocturnal horizontal range and site-based low-level variations in PM.     

北京奥运会开幕式期间的中尺度天气系统研究

利用北京地区稠密的地面观测网资料以及北京市观象台、海淀、上甸子3部风廓线仪的观测资料,通过分析2008年8月8日北京奥运会开幕式期间发生在北京地区的降水过程,讨论了此次过程中在环境风场、地形和城市热岛作用下,中尺度系统发展或减弱的可能机制及对城区降水的影响。结果表明:城市热岛和地形作用形成的次级环流圈对城区南北两侧的影响不同,在城区南侧,次级环流圈使南风减弱,同时受次级环流圈下沉气流影响,中尺度系统北上时会减弱;在城区北侧,次级环流圈使南风加强,中尺度系统南下时会使气流辐合增强,有利于中尺度系统发展。当环境风场是较弱的偏南风时,城市热岛-地形次级环流圈在城区1500 m以下形成辐合,以上辐散,在3000 m左右辐散最强,不利于北上的中尺度系统向城区发展形成降水。     

用风廓线资料分析热带气旋“帕布”的风场结构

使用香港风廓线资料,进行时空转换,得到热带气旋“帕布”近香港时的水平和垂直风场剖面结构：气旋近地面层风场以径向风为主;气旋东西两侧水平风场结构明显不同,东侧偏东风明显,西侧随高度增加切向风不断增强,并监测到东北风急流的向下传播;尽管两侧风场结构不同,水平风速却表现出较好的对称性,但气旋西侧由于急流的存在,风速总体较东侧高;近中心上升气流明显偏于中心西侧,下沉气流总体较上升气流要强,且更对称。     

中国澳门国际机场重着陆事件的天气背景分析北大核心

对2018年8月28日北京首都航空公司CBJ5759航班在中国澳门国际机场发生重着陆事件分析结果,显示:(1)机场位于低空切变线南侧,低空西南急流与海陆地形辐合作用下形成的暖区局地对流引发分散性短时强降水和弱雷暴;对流北侧突然增强的偏南风使机场跑道附近顺风增加,引发低空风切变;(2)高分辨率数值模拟结果表明低空风切变发生时段内存在西南急流脉动,急流北侧的风场由西南风转为偏南风,促使海陆边界的热力和动力不稳定条件加强,有利于局地对流系统发展和其辐散出流增强,加速边界层内风场变化;(3)当飞机在下降过程中经过对流系统前侧激发的偏南风急流区时,水平风的垂直切变形成的顺风切变大于垂直风变化,增加的顺风使飞机空速减小,导致飞机升力减小并造成重着陆;(4)此次事件中天气系统的变化通过影响对流的发展间接促进低空风切变的发生,因此可在对沿海机场的低空风临近预报时通过加强对海上风场变化的监测来预估一定风险。     

Comparison of Beijing MST Radar and Radiosonde Horizontal Wind Measurements

To determine the performance and data accuracy of the 50 MHz Beijing Mesosphere–Stratosphere–Troposphere(MST)radar,comparisons of radar measured horizontal winds in the height range 3–25 km with radiosonde observations were made during 2012.A total of 427 profiles and 15 210 data pairs were compared.There was very good agreement between the two types of measurement.Standard deviations of difference(mean difference)for wind direction,wind speed,zonal wind and meridional wind were 24.86?(0.77?),3.37(-0.44),3.33(-0.32)and 3.58(-0.25)m s~(~(-1)),respectively.The annual standard deviations of differences for wind speed were within 2.5–3 m s~(-1)at all heights apart from 10–15 km,the area of strong winds,where the values were 3–4 m s~(-1).The relatively larger differences were mainly due to wind field variations in height regions with larger wind speeds,stronger wind shear and the quasi-zero wind layer.A lower MST radar SNR and a lower percentage of data pairs compared will also result in larger inconsistencies.Importantly,this study found that differences between the MST radar and radiosonde observations did not simply increase when balloon drift resulted in an increase in the real-time distance between the two instruments,but also depended on spatiotemporal structures and their respective positions in the contemporary synoptic systems.In this sense,the MST radar was shown to be a unique observation facility for atmospheric dynamics studies,as well as an operational meteorological observation system with a high temporal and vertical resolution.     

基于风速高相关分区的风电场风速预报订正

为了提高风电场风速预报和功率预测的精度和准确率,并考虑风机测风数据的不稳定因素,以多年服务的内蒙古中部某风力发电场A为研究区,在勘察风电场地形及风机布局后,按照季节、风向进行风机间风速时空相关性分析,划分出风机轮毂高度风速高相关为典型特征的风机网格分类片区,采用卡尔曼滤波方法,通过直接和间接两种订正方案,分别进行风机片区风速订正。结果表明:风速高相关风机片区的划分,对于提高风电场风速预报及功率预测精度和准确率具有一定作用,利用风电场区测风塔梯度观测风速,对风机片区进行间接订正,可有效改善数值模式预报风速,15个片区类型下相关系数由0.18~0.72提高至0.67~0.91,误差绝对值由1.6~2.9 m·s-1降低至1.0~1.5 m·s-1。     

海南岛附近区域热带气旋低层风场的变化特征

利用1979~2015年JTWC(Joint Typhoon Warning Center)最佳路径资料(2001~2015年资料用于台风风圈结构分析)及ERA-interim(0.5°×0.5°)再分析数据,统计分析我国海南岛附近区域(15.5°N~23.5°N,106°E~116°E)热带气旋(Tropical Cyclone,简称TC)低层风场的变化特征。结果表明:(1)年均5.5个TC于4~12月主要以西偏北路径进入该区域,其中海南岛东南侧海域TC出现频率最高且强TC比例最多,而岛西北区域出现频率最低,强TC比例最少。(2)TC中心位于海南岛不同方位时,其外围低层风场分布具有不同的非对称特征,且大风出现比率也各有差异;TC中心位于海南岛上时出现大风比率最高,位于岛南侧时次之,位于岛北侧时最小。(3)该区域TC平均最大风速半径(RMW)为58.3 km;TC位于岛上时RMW最大,而位于岛西南侧最小。(4)TC近中心最大风速由海上向陆地急剧减小,其高值中心主要位于雷州半岛东侧及西侧海域。(5)研究区域内TC的34节风圈半径在TC环流的东侧大而西侧小,强TC大而弱TC小。(6)不同区域TC变形程度有所差异。平均而言,位于岛西南侧TC变形最大而位于岛东南侧时变形最小。