丘陵浅山地区风速幂指数及其在大气环境质量预测中的应用

根据丘陵浅山地区8个测点低空风速实测资料进行风速廓线拟合,求得风速幂指数,将大气环境质量预测中的风速模式化,用来预测大气污染物的浓度分布.     

基于PCA RBF的风电场短期风速订正方法研究

风电功率预测中最重要的因子是风速,准确的风速预测是风电功率预测的前提和基础。为了提高短期风速预测的准确性,本研究采用WRF模式,对我国上海崇明吕四风电场的风速进行预报。在此基础上,利用PCA-RBF算法结合WRF模式预报风向、气温、气压等气象要素对预报风速进一步订正。实验结果表明,利用PCA-RBF算法对WRF模式预报风速进行订正后,预报风速的误差进一步减小,相对均方根误差降低20%~30%,相对平均绝对误差降低15%~20%。与其他智能算法(BP算法、LSSVM算法)对比分析后得出,PCA-RBF算法对WRF模式预报风速具有较好的订正效果,能够有效提高风速预报准确率。     

不同气象预测数据源对山地风电场风速预测准确率的影响分析

在影响风电功率预测准确率的因素中,气象预测数据源的选取和组合影响较大.基于广西A、B两个山地风电场2020年2月1日至3月15日15min实测风速、4种单一气象数据源及3种混合订正气象数据源的预测风速,分析不同气象预测数据源对风电场风速预测准确率的影响.结果表明,多种数据源混合订正预测结果总体优于单一气象数据源预测结果...     

两种模式在风电场风速预测应用中的对比

利用2011年12月至2012年11月贺兰山风电场测风塔实测资料和同期WRF、BJ-RUC模式预测结果,对2种模式在风速预测中的应用进行对比分析。结果发现,月尺度上,2种模式预测的风速月均值普遍较实测值高,且WRF较BJ-RUC更接近实测值;WRF预测的月平均风速标准差普遍较实测低,而BJ-RUC普遍比实测大;春季WRF预测效果整体上较BJ-RUC好,其它季节WRF预测的月平均风速均方根误差较BJ-RUC的小,但与实测风速的相关性较BJ-RUC与实测风速相关性差。日尺度上,凌晨至中午前后和傍晚至前半夜2个时段,2种模式预测风速普遍比实测值大,而中午至傍晚时分正相反,预测值普遍较实测小。2种模式对〉12 m·s^-1风速预测的均方根误差最小,其次是3~12 m·s^-1,〈3 m·s^-1风速预测的均方根误差最大,但BJ-RUC对3~12 m·s^-1范围风速的变化趋势把握能力较好。WRF和BJ-RUC都普遍低估了1~4 m·s^-1风速段的频次,对5~10 m·s^-1范围频次普遍明显高估,对10 m·s^-1以上风速,WRF预测频次较实测低,而BJ-RUC预测频次则较实测高。BJ-RUC对该区风向的预测能力较WRF好。     

基于ELM的风电场短期风速订正技术研究

风速预测是风电场风功率预测的基础,其准确度严重影响着风电场的运行效率。为了提高短期风速预测的准确性,本研究采用了WRF中尺度数值模式,对我国东部沿海某风电场的风速进行预报。在此基础上,利用极限学习机算法(ELM)对WRF模式预报的风速进一步订正。实验结果表明,WRF模式对风速、风向等气象要素有着较好的回报效果,利用ELM算法对WRF模式预报风速进行订正后,预报风速的误差进一步减小,相对均方根误差和相对平均绝对误差降低了20%～30%。与其他的智能算法(BP神经网络、SVM算法)对比分析后得出,ELM算法对WRF模式预报风速具有较好的订正效果,能够有效提高风速预报准确率。     

成都市冬季大气污染气象条件预报方法

用降水量、风速、风向、总、低云量的预报值，来预测成都地区冬季大气污染扩散状况。其中风速、风向按逐步聚类法进行分类，总、低云量是近按太阳辐射等级分类，然后结合环流特点以及当时的天气实况作出成都市委大气污染预报。     

基于数值模拟和统计分析及智能优化的风速预报系统

风速预报是风力发电研究中的关键问题,也是一个十分困难的问题,其预测、评估技术还有待进一步提高.在预测短期风力(提前48～72 h对每小时的风速进行预测)时,通常采用数值天气预报模型进行预测.然而,初始扰动和模式物理过程的不确定性会影响气象数值预报的精度.将为数值天气预报模式提出一种新的后处理优化方法作为主要的思路,利用数据挖掘得到的关联规则来优化气象数值预报的结果,在中尺度模式WRF对风电场风速进行预报的基础上,将模式预测与统计分析及智能优化算法相结合,针对中国风电场的气候特征,利用一种新的修正模式误差的方法,极大地提高了风电场风速预报精度,提出了适合中国风力发电场的有效风速预报系统方案.     

基于WRF模式的风电场短期风速集成预报方法研究

风能始源于大气的运动,具有很大的随机性和间歇性。风速预测是风电场风功率预测的基础,其准确性具有重要的意义。对于复杂地形条件下,风速的预报一直是各国研究的难点和重点。为了提高风电场短期风速预报的准确性,本研究采用多种边界层参数化方案来集成预报风速,将各单一边界层参数化方案预报的风速及相应的实测风速数据,应用随机森林算法建立集成预报模型,对风电场的短期风速进行集成预报研究。试验结果表明,采用集成预报风速方法,预报的风速误差相比于单一边界层参数化方案预报的风速误差明显减小,对研究区域的风速、风向等气象要素有着较好的模拟效果,能够有效提高风速预报的准确率。     

基于模糊时间序列的华南台风登陆时最大风速极值预测模型

利用1995—2017年登陆华南地区的台风登陆时最大风速极值数据,构建基于模糊时间序列的台风登陆时最大风速极值预测模型,并将该模型与传统时间序列ARIMA模型作对比。其预测结果表明,模糊时间序列的平均绝对误差、平均相对误差和均方根误差分别为2.621 m·s-1、0.066和2.727 m·s-1,预测的精确度明显高于传统时间序列ARIMA模型,同时也表明将模糊时间序列应用于登陆时最大风速极值的预测能够获得较理想的预测结果。     

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。     

热带大气和海洋运动的频率差异在海气系统演变中的作用

对热带太平洋地区850 hPa纬向风场、海表温度场月平均距平进行了谱分析。结果表明:纬向风距平与海表温度距平的振幅在El Ni?o或La Ni?a期间同时增长。而在其他期间,波振幅随时间呈相反变化趋势。在El Ni?o或La Ni?a事件发展期间,纬向风距平的位相角与海表温度距平位相角的差值在90o左右,而在事件的衰减期间,它们的位相角的差值在0o左右。本文还利用长波近似、海洋对大气加热取局地热力平衡近似时的简单热带海气耦合模式,研究了大气变量和海洋变量位相差随时间变化对海气耦合解的影响。在海气耦合模式中,当大气模式取为非定常时,大气和海洋Kelvin波之间以及Rossby波之间存在着能量转换,使大气和海洋波振幅呈相反变化趋势。此时,耦合波振幅随位相角差的变化没有共同的增长或衰减区间。大气Kelvin波与海洋Rossby波或大气Rossby波与海洋Kelvin波相互作用时,波振幅随位相差的变化存在着相同增长和衰减区间,它们的振幅要么同时增长,要么同时减少。当大气模式取定常时,因为相互作用波之间的位相差是一常数,波振幅随时间无限制增长。本文还在大气模式取为非定常和定常两种情况下,对海气耦合模式进行了数值求解。结果表明,当大气模式取为非定常时,数值解随时间的变化趋势跟观测结果有较好一致性。当大气模式取为定常时,数值解随时间的变化趋势跟观测结果差别较大。     

一种依据初始场构造的参考大气廓线及对高原地区预报的影响

地形追随坐标系下的动力学方程组通常都要引入参考大气的概念来减少气压梯度力的计算误差.参考大气的一般取法是满足静止和静力平衡关系,实际大气被看成在参考大气上的偏差.实际大气与参考大气越接近,它们之间的偏差就越小,计算就越精确.参考大气的取法一般有等温大气、定常温度廓线、初始资料进行水平平均的垂直温度廓线等.本文在一个非静力的中尺度模式中选取经过水平平均的初始温度场的垂直廓线构造模式的参考大气廓线.但是初始资料在三维空间是离散的,这里根据三次样条函数的分段连续光滑的性质,构造了随起报时间不同而不同的,只随高度变化的解析形式的参考大气廓线.构造的参考大气廓线完全满足静力平衡关系,方程中的静力平衡部分可以得到最大限度地扣除.试验表明,与等温大气相比,这种根据初始状态选取的参考大气和实际资料更接近,在大地形附近气压梯度力的计算误差更小,500 hPa高原附近的24 h气压预报更精确.     

STUDY ON THE GENESIS OF ASYMMETRICAL DISTRIBUTION CHARACTERISTICS OF PRECIPITATION ASSOCIATED WITH THE TYPHOON HAITANG (2005) FROM THE VIEW OF ATMOSPHERIC FACTOR

The distribution of precipitation field from the typhoon Haitang (2005) during its landing on Fujian province shows obvious asymmetric feature. Based on the NCEP/NCAR FNL (Final Analysis) data, this study reveals the contributions of atmospheric factor to the asymmetrical distribution characteristics of precipitation associated with the typhoon, through the analysis of water vapor condition, vertical ascending motion condition, the calculation of the dry Q vector and its decomposition, and adiabatic heating in the air column of 1000hPa -600hPa (lower atmosphere) and 500hPa-100hPa (upper atmosphere). The results are as follows: (1) In the lower atmosphere, the humidity on both sides of typhoon path can be equivalent, while it is more wet on the right side than left in the upper atmosphere, which obviously presents asymmetric distribution characteristics. (2) Both range and intensity of the vertical motion on the right side are wider and stronger than counterparts on the left side no matter in the lower or upper atmosphere. (3) In the upper atmosphere, forcing role of atmosphere in vertical upward motion on the right side of typhoon path is the same as that on the left, while it is significantly different in the lower atmosphere, which is significantly broader in scope and stronger in the intensity, along with obvious asymmetric distribution characteristics. In addition, the further analysis of the Q vector decomposition indicates that the forcing effect of mesoscale weather systems on vertical upward motion is stronger than that of large scale weather systems in the lower atmosphere. (4) The adiabatic heating always exists on both lower and upper atmosphere, and the range and intensity of the adiabatic heating forcing showed asymmetric distribution on both lower and upper atmosphere. (5) In a summary, the upper atmosphere humidity conditions, the forcing role of lower atmosphere in vertical upward motion, especially, to mesoscale weather system, and adiabatic heating in the lower atmosphere, all show similar asymmetric distribution characteristics to that of precipitation field from the typhoon Haitang (2005), that is to say, the atmospheric factors as mentioned above are all contributed to genesis of the asymmetric distribution characteristics of precipitation.     

Advances in studies of the middle and upper atmosphere and their coupling with the lower atmosphere

Recent advances in studies of the middle and upper atmosphere and their coupling with the lower atmosphere in China are briefly reviewed. This review emphasizes four aspects: (1) Development of instrumentation for middle and upper atmosphere observation; (2) Analyses and observation of middle and upper atmosphere; (3) Theoretical and modeling studies of planetary wave and gravity wave activities in the middle atmosphere and their relation to lower atmospheric processes; (4) Study on the coupling between the stratosphere and the troposphere.     

旋转大气中地形对涡旋自组织影响的初步研究

用一个带有地形项的β平面准地转正压涡度方程,进行2组积分时间长度为48h的试验,分析旋转大气中地形对多涡自组织的影响。地球旋转作用的引入主要会引起以下的差别：无旋转大气中,多涡自组织的特征是准终态涡将初始多涡全部吸收或全部组织起来;旋转大气中,多涡自组织的特征是准终态涡将初始多涡部分吸收或部分组织起来,差别较明显。中尺度地形对准终态涡位置的影响不同。无旋转大气中,中尺度地形对准终态涡位置的影响较小,有无地形的两个准终态涡中心之间的距离约100km;旋转大气中,中尺度地形对准终态涡位置的影响较大,有无地形的两个准终态涡中心之间的距离约200km,两者相差一倍左右。     

洱海盆地一次冬季大风演变特征及其机制模拟分析

利用WRF模式耦合Noah陆面模式和CLM湖泊模式,对2015年1月23日大理地区洱海盆地的大风天气进行模拟,对大风的发展期、强盛期和减弱期的三维动力热力结构特征进行分析,并得出了洱海盆地大风形成机制:在洱海盆地大风发展期,高空以西风为主,盆地中部上空1km高度处出现局地小气旋,地面以偏东风为主,高空偏西气流翻越苍山形成波动扰动,在背风坡侧形成空腔区和二次涡,低层形成了波不稳定区域,波不稳定区域发生波破碎,波破碎区域湍流运动活跃,把上层的能量往下传播。大风强盛期,盆地南北侧高空为两支西风气流控制,中部变为弱的辐散场,造成高空扰动,苍山东侧近地面浅薄逆温层消失,低空逆温层之上温度廓线几乎垂直上升,大气层结处于不稳定状态,有利于高空动量向下输送。大风减弱期,高空西风减弱,扰动消失,湍流动能耗散,地面风速逐渐减小。     

青藏高原热状况对南亚高压活动的影响

本文分析了青藏高原下垫面与高原上空热状况变化的异同及其二者与南亚高压的关系。指出青藏高原下垫面热状况与高原上空热状况年际变化的一致性及月际变化的差异——青藏高原下垫面从2月就开始大幅度增温,而高原上空5月才开始突发性增温。高原下垫面降温幅度最大的月份出现在11月,高原上空则出现在10月。分析还指出,青藏高原下垫面热状况与南亚高压南北振荡,青藏高原上空热状况与南亚高压东西振荡有密切关系。并且前期青藏高原上空热状况较高原下垫面热状况对南亚高压的预报更具有指示意义。     

Applications of Conditional Nonlinear Optimal Perturbation to the Study of the Stability and Sensitivity of the Jovian Atmosphere

A two-layer quasi-geostrophic model is used to study the stability and sensitivity of motions on smallscale vortices in Jupiter’s atmosphere. Conditional nonlinear optimal perturbations (CNOPs) and linear singular vectors (LSVs) are both obtained numerically and compared in this paper. The results show that CNOPs can capture the nonlinear characteristics of motions in small-scale vortices in Jupiter’s atmosphere and show great difference from LSVs under the condition that the initial constraint condition is large or the optimization time is not very short or both. Besides, in some basic states, local CNOPs are found. The pattern of LSV is more similar to local CNOP than global CNOP in some cases. The elementary application of the method of CNOP to the Jovian atmosphere helps us to explore the stability of variousscale motions of Jupiter’s atmosphere and to compare the stability of motions in Jupiter’s atmosphere and Earth’s atmosphere further.     

ANALYSIS ON EFFECT OF SOUTH ASIA HIGH ON MID-SUMMER EXTREME DROUGHT AND FLOOD IN SICHUAN-CHONGQING REGION

NCEP/NCAR data are utilized to analyze an extreme flood year （1998） and an extreme dry year （2006） in the Sichuan-Chongqing region （SCR） and the results are as follows. The positive divergence of South Asia High （SAH） is stronger in the flood year; the position of the ridge line of SAH is southward compared with the annual average; Western Pacific Subtropical High （WPSH） extends westward and its ridge line is southward. In the drought year, the positive divergence of SAH is weaker, its ridge line is northward, and the position of WPSH is also northward. As shown in the dynamics, in drought （flood） years, negative （positive） vorticity advection in the upper atmosphere can cause the atmosphere to ascend （descend）, and anomalous circulation of SAH displays divergence （convergence）, and anomalous circulation of the lower atmosphere shows convergence （divergence）. Thermal structure of the atmosphere shows that there is warm （cold） temperature advection in the lower atmosphere, and the vertical distribution of diabetic heating causes SAH＇s local circulation to display convergence （divergence） and affects vertical motion of the lower atmosphere circulation eventually. To some extent, the two extreme years in the SCR is closely related to the vertical motion of atmosphere circulation and the variation of such vertical motion is caused by differences of interactions between SAH and lower atmosphere circulations.     

热带大气的主要振荡形式及其与厄尔尼诺现象的联系

二十年代初和八十年代初Walker和陈烈庭分别提出南方涛动(SO)和北方涛动(NO)的概念。八十年代末,符淙斌等从全球热带角度考察所谓北方涛动的存在及其与经典南方涛动的关系,结果证实了赤道两c侧反相气压振荡现象的存在,还发现低层大气中湿度、稳定度、云量、海面温度和海流等方面也存在类似于SO、NO的甚低频振荡现象,并把这种现象看作是热带海洋—大气系统的一个整体。除气压场外并不存在以赤道为对称的分支现象,从而提出了“低纬度涛动(LLO)”的概念。本文通过对全球热带地区几个主要等压面高度场及海温场EOF展开的头几个主要特征向量场的分析,发现热带低空大气具有东、西向振荡的特点(即低纬度涛动现象),而高空大气则以高低纬度之间的振荡为主,显示出与低空大气不同的特征。此外,E1Nino现象对高低空大气的影响程序和强度也不尽相同。