风观测对障碍物距离要求的定量评估

为定量评估气象站风观测对障碍物的距离要求,通过流体力学模式(Computational Fluid Dynamics,CFD)对单体建筑物进行了敏感性试验分析,并用河北沽源构筑物观测试验对模拟结果进行了验证。结果表明:(1)按照来流风速90%进行风速影响范围评估,障碍物对风速的影响距离为迎风面上3倍建筑物高度,背风面为28.5倍建筑物高度;按风向偏差10°进行风向影响范围评估时,障碍物对风向的影响距离为迎风面1.4倍建筑物高度,背风面为6.8倍建筑物高度,侧风向为2.8倍建筑物高度,垂直方向上为4倍建筑物高度。(2)对来流风速、建筑物厚度、建筑物高度、建筑物视宽角、来流风向的敏感性分析表明,10 m风速、风向测量对障碍物距高比的要求随背景风速的增大而增大;随着建筑物厚度的增大,10 m风速、风向观测对距高比的要求减小;当障碍物高度6 m时,对10 m风速、风向观测影响不明显,当障碍物高度6 m时,对距高比的要求随障碍物高度的增加而减小;随着建筑物视宽角的增大,10 m风速、风向观测对距高比的要求增大;来流风向与建筑物呈45°时,风速影响区域增大,风向影响区域水平方向增大、侧方向减小。     

台站观测环境改变对我国近地面风速观测资料序列的影响

利用中国大陆地区460个气象台站1971-2002年10m高度平均风速资料和2007年台站观测环境综合调查资料,根据环境评分分数、障碍物视宽角等影响地面观测风速的台站环境数据,将气象台站分为五类,分别对平均风速观测记录进行了比较分析。结果表明,全国范围内绝大多数未迁移台站近地面平均风速呈明显的减小趋势,冬季平均风速相对减小的趋势最大、秋季最小;在影响风速观测资料序列的台站观测环境因素中,观测场周围障碍物视宽角最为重要,随着周围障碍物视宽角的增大,风速相对减小的趋势也变得更明显;台站周围障碍物视宽角对年和季平均风速减小趋势的贡献最大,约为三分之一。因此,观测环境变化对地面风速资料序列的影响是不可忽视的重要因素。     

"派比安"在阳江不同地区的风场特征及防风问题

利用阳江海岸线上不同下垫面梯度风观测塔在“派比安”过程中所取得的资料,探讨登陆热带气旋在不同下垫面的垂直风场特点以及防台措施。分析发现,平原地区各层风速较稳定,随“派比安”的移近而增大,远离而减小,风随高度成指数增长,在v<20 m/s时,80 m的10 m in平均风速与10 m的最大风速相当;背风面风速扰动大,很有可能在热带气旋靠近时出现风速减小现象;迎风坡出现大风时间长,最大风速比背风面和平原地区都大。迎风坡和背风面在台风环状下沉运动带影响时,高层和地面10 m in平均风速相差较小,而平原地区并没有这一特征。根据弗洛斯特(Frost)风速随高度变化的经验公式,近地层风速垂直切变指数n在平原地区稳定,风随高度的对应关系好。台风登陆前所有下垫面的n都出现突增现象。阵风系数受下垫面和周围环境影响大。     

1961～2010年河北省地面风变化特征及成因探讨

利用1961~2010年河北省73个地面气象站风观测资料,结合NCEP/NCAR(2.5°×2.5°)月平均再分析资料和国家气候中心下发的环流指数,采用线性趋势拟合方法,分析地面风速的空间分布以及风速和最大主风向风频的时间变化特征,并对风速减小的成因进行探讨。结果表明:空间上风速呈东北西南向带状分布,依次有大、小、大3个风速带。年平均风速呈减小趋势,减小速率为0.207 m·s-1/10 a;3.0 m/s以下的风速日数呈明显增加趋势,8.0 m/s以上的日数呈显著减小趋势,3.0~8.0 m/s风速的日数没有明显变化趋势。代表站最大主风向为偏南风,最大主风向风频平均每年增加0.54 d。风速的减小与1980年代以后影响我国的环流经向度减小、西风指数增加有关,也与城市化效应的影响有关。     

基于CFD模型的内陆核电厂厂区流场模拟

以内陆某核电厂为例,简述了利用流体力学软件STAR-CCM+模拟内陆核电厂厂区流场及大型自然通风冷却塔雾羽扩散的实现原理,介绍如何将SolidWorks2010建立的核电厂厂区模型导入到STAR-CCM+,给出了STAR-CCM+划分网格的过程,说明了边界层划分的基本假定条件和参数。将STAR-CCM+模拟的数据与风洞实验数据进行了比较,结果显示了较好的一致性。结果表明：在离地面5m的高度处,大型自然通风冷却塔背风面形成较大的空腔区,空腔区风速较小,只有1-1.5 m/s,部分区域达到静风;在冷却塔两侧风速相比入口速度增大了1.66倍;在离开地面100 m的高空,冷却塔背风面的空腔区依然比较明显,冷却塔两侧风速相比入口风速,其变化趋于平稳;在沿主导风向的轴线上,冷却塔两侧风的扰动依次加强;单台冷却塔雾羽最大的抬升高度出现在下风向距离3300 m处,最大抬升高度为690 m,4台冷却塔雾羽在下风向距离3300 m的抬升高度约为850 m,是单台冷却塔的1.23倍。     

兰新高铁挡风墙防风效果分析评估

基于2012年6月至2013年5月兰新第二双线DK1518、DK1527两处高铁沿线挡风墙实验段8个梯度风逐时观测资料,通过对挡风墙外环境风和挡风墙内不同位置、不同高度风的监测资料对比分析,对挡风墙的实际防风效果进行总体评估。结果表明:挡风墙对环境风速、风向都有明显的改变,环境风吹至挡风墙遭阻挡翻越后,高于挡风墙顶部的风速增大,而低于挡风墙高度位置的风速呈明显减小,距离挡风墙越近风速衰减越明显,验证了挡风墙的防风效果。不同级别的大风情况下挡风墙防风效果依然显著,在挡风墙内的中下部区域对环境风速的减小可达72%。挡风墙对风向的阻挡作用表现为:低于挡风墙高度的低层位置(车体底部、车体中部)风向明显改变产生了绕流,而高于挡风墙的高层位置(接触网悬挂处、接触网导线),风向受挡风墙影响较小,与墙外环境风向基本一致。     

气象站自动与人工风观测数据对比分析

通过分析2006-2007年德州市自动站与人工站风观测资料,发现人工站观测的十分钟日平均风速(风速＞2.0m/s)、最大风速、极大风速比自动站偏大,并且随风速增大偏大越显著.当台站被局地环流控制,风速较小时,自动与人工观测的风向相符百分率较低.     

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。      

基于系留探空试验的古尔班通古特沙漠低空气象廓线解析?

利用2011年10月15—24日在古尔班通古特沙漠腹地系留气艇边界层试验的探测资料,分析了沙漠腹地近地层风、温、湿等气象要素廓线垂直分布特征及其变化情况,结论如下:(1)20时—08时存在逆温,08时逆温最强,逆温强度为2.85℃/100 m,逆温层高度为700 m,之后逆温逐渐消失;夜晚近地层湿度明显大于上层大气,在100 m高度差内,湿度先快速减小再缓慢增大,与白天相反,20时近地面出现逆湿,1 100 m高度湿度发生明显切变;逆温层以上风速随高度变化呈多峰态,逆温层范围内风速增大趋势明显,900~1 100 m之间存在200 m厚的恒风区,1 100 m以上风速再次增大,白天的风速小于夜间。(2)风速波动范围大约为2~8 m/s,近地面100 m范围内风速随高度快速增大,风向由东南风向南风转变,600~900 m之间风速变化减缓,风向由从南风逐渐向东风转变,以东南风为主,风速与风向同步改变。(3)600 m以下随温度升高湿度快速减小,600~1 100 m之间又持续增大,1 100~1 500 m之间呈波动变化的趋势,1500 m增大明显。(4)风切变指数夜晚大于白天,最大值在23时(20.88),最小值在中午14时(0.97),平均风切变指数为9.61。混合层厚度平均为125.88 m。     

依安县近30 a风气候特征及开发利用初探

利用依安县国家一般气象站30a(1989-2018年)风速风向资料进行了统计分析。结果表明:依安县近30 a平均风速为2.8 m/s,年均最大风速为10.3 m/s,并且呈减小趋势。大风日数平均为9.3 d呈减少趋势,但极大风速值呈增大趋势。春季比夏、秋、冬季节平均风速大,4月、5月平均风速、最大风速、极大风速均大于其他各月,所以依安县春季是大风频发的季节。春季、秋冬季盛行西北风,夏季盛行东北风。     

淮河流域风场垂直结构特征分析

为进一步加深南北气候过渡带上山地丘陵地区的风场认识,利用淮南2015年3月至2016年2月ST（Stratosphere-Troposphere）风廓线雷达的探测资料,分析了该地区20 km高度内风场的变化特征及垂直结构。结果表明:淮河流域850 hPa、700 hPa、500 hPa、100 hPa等压面高度上,风场有明显的垂直变化,风速及其波动幅度随春、夏、秋、冬先减小后增大,且随高度增加,夏季最小、冬季最大的季节规律逐渐增强;风场的垂直分布存在差异,在中低层以下,以小于10 m/s的风为主,风向转换多,中低层以上10～25 m/s的偏西风居多;年平均风场结构为低层以5 m/s北风为主,到2 km左右向西偏转,风速小于10 m/s,在5 km高度处形成15 m/s的西风,且风速持续增大,10 km左右达到25 m/s后逐渐减小,到15 km左右风向顺时针向北偏转,直到20 km附近与低空风场相近。     

结合风廓线雷达的毫米波衰减特性初步研究

使用中国气象局大气探测综合试验基地35 GHz毫米波云雷达和L波段风廓线雷达2016年5月1日-7月31日在降水条件下的观测数据,根据不同观测模式下两部雷达得到的数据,计算在一定高度区间内不同下落速度的降水粒子反射率因子变化量,初步分析不同下落速度的降水粒子对毫米波衰减的影响。结果表明:在持续时间较长的层状云降水且降水粒子在雷达观测范围内均匀分布条件下,毫米波衰减与降水粒子下落速度呈近似线性关系,且毫米波经过的路径长度越长,衰减越大;毫米波在经过1110~2430 m,1110~3510 m的高度区间时,下落速度处于3.5~7.5 m·s-1之间的降水粒子对毫米波的衰减作用导致毫米波云雷达所测的等效反射率因子分别减小约1~7 dB和2~11 dB。     

不同天气条件下脉冲激光风廓线仪测风性能

将2012年5月21日-8月16日广东省湛江市东海岛气象观测站内脉冲激光风廓线仪WINDCUBE V2与气象站内的100 m测风塔进行同步观测试验,在经过观测数据同步性调整、有效性检验和代表性样本筛选基础上,分大小风和有无降雨天气过程,对杯式测风仪、超声风速仪与激光风廓线仪的同步测风数据进行比较,结果显示:脉冲激光风廓线仪与杯式测风仪测量水平风参数的相关性较好,10 min平均风速、风向的线性拟合度均大于0.99,3 s阵风风速的拟合度大于0.96,湍流强度的拟合度大于0.67,风速标准差的拟合度大于0.79;大风情况下,激光风廓线仪对风参数的测量效果更佳。无降雨情况下,激光风廓线仪的测量效果较降雨时略好,10 min降水量小于15 mm的降雨对这款激光风廓线仪的风速、风向、湍流强度、3 s阵风风速的测量没有显著影响,对风速标准差有一定影响。当水平风速增大和有降雨时,激光风廓线仪对垂直速度的测量效果欠佳。该对比分析可为激光风廓线仪观测数据的可靠性提供参考。     

近海岸风速衰减特征及形成机理分析

为更好理解沿海区域近地面风速衰减规律及其内在机制并获取适用于业务观测风速数据的分析方法,通过引入内边界层厚度的发展机理,推导获得风速随离岸距离变化的数学解析拟合式。结合浙江省温州市境内一沿海区域6个自动气象站2014—2019年逐时风速观测数据应用该拟合式分析了风速随离岸距离的关系,结果表明不管是逐时风速还是逐日最大风速,其平均值均与离岸距离有着良好的负相关,并发现其衰减系数与风速有着密切关系。向岸流及离岸流的风速衰减特性均可以结合该拟合式用线性及幂数律拟合来体现,但后者可以更好地解释风速随离岸距离变化特征,并在较大风速(3~10 m/s)向岸流的背景条件下,获得合理可信的分析结果,说明该方法可以适用于近海岸区域风速观测数据的应用研究。      

基于探空风资料的大气边界层不同高度风速变化研究

利用1981—2014年我国资料齐全的93个高空气象观测站(距离雷达300、600、900 m高度)的探空风资料,按照气象地理区划,借助GIS分析了边界层内不同高度风速及其趋势的时空变化,得到以下结论:300～900 m,东北和华北地区累年平均风速较大,西南和西北地区累年平均风速较小;边界层内各高度同一地区平均风速的月变化趋势基本一致,但各地区季节风速变化不同,同一地区月平均风速的年较差随高度上升而增大;300 m.各地区年平均风速均显著减小:在600和900 m.华北、西北、华中地区年平均风速呈增加趋势,东北地区年平均风速呈减小趋势,但均未通过显著性水平检验;各高度年平均风速空间分布均为东北地区较大,尤其大兴安岭和东北平原地带;从沿海到内陆,由东至西风速逐渐减小;在300 m.全国年平均风速以减小趋势为主;在600 m,全国大部分地区年平均风速呈增加趋势,尤其是中部、西北和华东沿海地区;在900 m高度,全国年平均风速变化趋势呈现由边界向内部的包围态势,中心地区呈增加趋势,边界地区均呈减小趋势,但是通过显著性水平检验的地区不多。     

基于测风塔数据的最大风速与极大风速 关系研究

利用辽宁省风能资源专业观测网2009年6月至2010年5月26座测风塔10—70 m(部分塔为100 m)高度的逐10 min梯度风观测数据,采用线性相关分析的方法,研究了近地层最大风速和极大风速的关系。结果表明:年内最大风速与极大风速多数出现在同一大风天气过程中,但极大风速并非主要发生在出现最大风速的20 min内;最大风速和极大风速易出现在午后和傍晚;极大风速与最大风速普遍具有较好的线性相关关系,日时距、10 min时距和大风条件下,日时距的相关性最好,平均相关系数达到0.970;不同时距和大风条件下,极大风速与最大风速的比值系数相差不大,但从相关性看可以考虑优先使用日时距样本的最大风速推算极大风速;随着高度的增加,极大风速与最大风速的比值系数减小,10 m高度日极大风速是日最大风速的1.42倍左右,70 m高度则是1.24倍左右,利用最大风速推算不同高度极大风速时不宜采用统一的比值系数。     

大规模风电场建成后对风能资源影响的研究

考虑了千万千瓦级风电基地建成后风电机群对近地面层风速的影响,采用Frandsen研究了大规模风电场内部风速损失时所使用的方法,在内边界层已经充分发展成新边界层的区域内,对轮毂高度65m处风速Uh进行了计算。结果表明,风电场建成后研究区内,风速Uh与未建场时的65m风速U0相比变小,存在风速损失,该风速损失随着U0的增大而减小,与风电机的推力系数CT性质有关;大规模风电场建成后,Uh在3～20m.s-1范围内的平均风功率密度与未建场时U0在此范围内的平均风功率密度相比损失约为58.45%,这与建场地区建场前65m处风速值大小以及各风速值出现的概率有关。     

塔克拉玛干沙漠腹地沙尘暴过境时近地层风速、温度和湿度廓线特征

利用塔中80m梯度观测塔探测系统采集的资料,详细的分析了2006年4月10日沙尘暴过境时,塔克拉玛干沙漠腹地近地层风速、温度和湿度廓线的演变特征。结果表明:风速廓线满足风速值随高度增高而增大,风速梯度随高度增高而减小的对数律关系;沙尘暴由爆发前到过境时,温度廓线的温度值由随高度增高而增大转变为温度值随高度增高而减小,同时在贴地层2m处存在一微弱拐点;沙尘暴过境时,近地层大气出现微弱逆湿现象,并在不同高度上存在多处拐点,比湿增减在时间上与风速的增减呈负相关性,且整个沙尘暴天气是一个降温增湿的过程。     

苏通长江公路大桥设计风速的计算与分析

苏通长江大桥是世界第一跨度斜拉桥, 设计风速对其设计、建设、运营安全至关重要。为了合理选用大桥的设计风速, 在大桥桥位长江江面、江岸、南通气象站、常熟气象站建立风速同步观测站, 在桥位南岸建立80 m高的风梯度观测塔, 2000年3月1日至2003年2月28日开展地面及梯度风同步观测, 获取大桥设计风速计算所需的基础资料。在分析桥位风况与当地气象站异同及桥位风速随高度变化规律的基础上, 将气象站长年风速数据客观外延至桥位, 采用极值频率分布拟合方法, 分析计算得到大桥建设所需的设计基本风速和基准风速。分析表明:江面风速明显大于气象站, 也大于江岸风速, 计算值大于理论推算值。结果为大桥抗风设计提供了依据。