大气边界层风速脉动的分形模拟

应用曲线分数维计算方法计算大气边界层实际风速观测资料的分数维值,并根据分形理论构造出一个理论模型来模拟真实的大气边界层风速时间序列。将模拟和真实数据的一些重要的统计特征,例如方差、风速概率分布、谱密度函数和自相关函数等,进行了比较,结果表明二者具有很好的一致性。     

帕米尔高原近地层气象要素垂直变化特征

利用中国与巴基斯坦交界的红其拉甫口岸帕米尔高原陆气相互作用观测站 32 m 梯度铁塔资料，分析了帕米尔高原在不同天气下近地层气温、湿度和风速等气象要素廓线日变化特点和脉动特征，结果表明：（1）晴天，日间风速随高度升高而增大，夜间风速随高度升高呈波动减小；阴雨天，风速整体随高度升高而增大；不同天气下各高度层脉动风速概率分布均呈现高度越高，脉动风速分布越集中的特征。（2）气温廓线在晴天表现为夜间辐射型、早上过渡型、白天日射型和傍晚过渡型四种类型，气温脉动随着高度的降低而增大；阴雨天气时气温廓线均为白天日射型，各高度层的气温脉动变化特征与晴天相反。（3）不同天气的比湿廓线分布均随高度增加而减小，比湿脉动范围晴天大于阴雨天，且在时间序列上波动性均具有一致性。     

森林近地层大气湍流特性观测分析

利用长白山森林生态系统定位研究站观测资料,及2003年8月和9月涡旋相关资料,分析和比较了该地区近地层包括风速、风向、大气稳定度在内的平均场特征,以及湍流强度、无量纲化风脉动方差相似性和地表通量变化特征。结果表明:(1)8月和9月稳定度都基本集中在0附近;(2)风速2 m·s-1的环境中,湍流发展最为旺盛,随着风速的增大湍流强度先迅速减小,当风速增大到3 m·s-1后,湍流强度偏离0值变大了一些,再继续增大到一定风速大小以后,湍流强度基本不随风速变化;(3)无量纲化三维风脉动方差符合Monin-Obukhov相似理论的"1/3"定律,其最佳通用相似函数在稳定和不稳定条件下都可以拟合得到;(4)地表通量均表现出明显的日变化特征,8月以潜热为主,感热较小;9月仍以潜热为主,但是相比8月明显偏小,感热变化不大。     

青藏高原东坡理塘地区近地层湍流特征研究

利用中国气象局成都高原气象研究所在青藏高原东坡理塘地区建立的大气综合观测站观测资料, 以2006年1月和7月涡旋相关资料分别代表冬季和夏季, 分析和比较了该地区近地层包括风速、 风向、 大气稳定度在内的平均场特征, 以及湍流强度、 无量纲化风脉动方差相似性和地表通量变化特征,结果表明, 1月和7月稳定度基本集中在±0.5和±0.25之间; 湍流在<2 m·s-1的风速环境中发展最为旺盛, 随着风速的增大湍流强度减小迅速; 无量纲化三维风脉动方差符合Monin-Obukhov相似理论的“1/3”定律, 其最佳通用相似函数在稳定和不稳定条件下都可以拟合得到; 地表通量均表现出明显的日变化特征, 1月以感热为主, 潜热很小; 7月以潜热为主, 感热较小。     

基于莫宁-奥布霍夫相似理论的地面站点风速预报偏差订正

地形不匹配会导致风速预报出现偏差。Monin-Obukhov(莫宁-奥布霍夫)相似理论表明近地面风速垂直变化符合对数率特征,基于相似理论并引入大气稳定度判定因子构建偏差订正方案,将地面风速预报由模式地形订正到实际地形。针对冬季和夏季华北区域内760多个站点进行15 d的批量试验发现,使用订正方案后冬季和夏季00时(世界时)起始预报的模式前12 h风速预报的平均偏差可以降低20%以上,24 h预报偏差降幅也可达到10%以上,不同预报时效内风速的均方根误差可降低5%～8%。说明使用偏差订正方案可以对模式地面风速预报产生明显正效果。     

小麦田水平风速的湍流统计特征

本文采用湍流统计理论,分析小麦田内外水平风速脉动特征。观测资料由分设在麦田内外两测点的四个不同高度取得。结果表明,麦田植被内水平风速脉动特征近似地符合局地各向同性湍流理论,即当τ不大时(τ<20秒),时间结构函数遵从“2/3幂律”;在高频区,一维无量纲谱符合“-5/3幂律”;小麦(抽穗期)植被内风速脉动具有比裸地湍流度大、湍流强度小、欧拉空间尺度小的特征。此外,引入线性系统观点,以单输入线性系统模式讨论了麦田内水平风速脉动的响应特性。     

泰山顶部近地层风的方差与谱分析

风在速度与方向上的不稳定性可引发结构振动并可导致损坏。山顶风较少受局地作用影响, 流场较稳定，作为典型风况对山顶风湍流脉动情形进行的观测和分析，对于研究建筑结构风载振动情形有着重要意义。在不同风况下对泰山气象站近地层风的风速和风向进行了同时、逐秒测记，所得样本经检验符合正态分布。计算表明，风向样本方差显著大于风速样本方差。绘制了各风速、风向样本自、互谱密度曲线图。谱图显示诸样本具有红噪声序列特征，不同样本自、互谱密度曲线具有相近形状，而以风速自谱曲线吻合程度最好，谱密度曲线在周期为4秒及2秒处有峰值。此后的研究应结合记录仪器的改进增加采样频率，对周期为2秒以下谱曲线作进一步分析。     

青藏高原东部土壤冻融过程中近地层湍流统计特征分析

利用玛曲黄河源区气候与环境综合观测研究站的湍流资料,分析了青藏高原东部玛曲地区土壤冻融过程中近地层湍流统计特征的差异.结果表明,冻融过程中不同阶段近地层湍流输送特征表现出一定的差异性;各个阶段不稳定层结下无量纲化的风速分量脉动方差与稳定度符合1/3次方律,近中件条件下无量纲化的风速分量脉动方差近似为常数,水平方向上的风...     

植被内水平风速脉动特征

利用QDF型热线微风仪在农田植被内进行了水平风速脉动的观测。初步认为,植被内水平风速脉动具有比裸地湍流度大、脉动强度小、短周期振动强、湍流积分尺度小的特征,且随时间变化平稳,其时间结构函数基本符合“2/3”幂律(τ≤16秒)。     

植被内水平风速脉动特征

利用QDF型热线微风仪在农田植被内进行了水平风速脉动的观测。初步认为,植被内水平风速脉动具有比裸地湍流度大、脉动强度小、短周期振动强、湍流积分尺度小的特征,且随时间变化平稳,其时间结构函数基本符合“2/3”幂律(τ≤16秒)。     

CALMET模式不同参数化方案对江西省山地风场模拟的对比分析

通过降尺度模式CALMET不同参数化方案对江西山地风场测风塔风速风向模拟结果的对比分析,选取出适合山地风场模拟的最优参数化方案,并进行连续一年的模拟效果检验。结果表明:CALMET模式以不采用地形动力效应参数调整和Froude数调整,采用下坡气流效应调整和O’Brien垂直风速调整时,对江西省境内山地风场50 m以上高度层风场模拟效果最佳。最优参数化方案不仅能较好地模拟出山地风场测风塔逐时风速,并且对全年风速段分布模拟有较好的结果。CALMET模式能模拟出实际测风塔全年主导风向,但模拟与实测结果主导风向分布约有一个方位的偏差,主导风向频率有7%~8%的偏差。     

WindSim软件在复杂地形风电场风能资源评估中的应用

复杂地形的风能资源评估研究对于风电事业的发展具有极为重要的意义。作者利用基于计算流体力学(CFD)方法的风能资源评估系统软件WindSim对我国复杂地形新疆托克逊县境内某风电场2007年的风资源情况进行了模拟,并将模拟结果与测风塔观测结果进行对比分析。模拟结果表明,WindSim软件对我国复杂地形地区平均风速的模拟能力比较好,10m、40 m、50 m、70 m高度的月平均风速的平均相对误差分别是12.91%、10.21%、9.68%、12.91%。同时,WindSim软件不仅可以较为准确地模拟出该区域2007年的主导风向,而且对该年的有效风速频率的模拟效果也很好。此风电场风能资源模拟试验说明,该地区具有十分丰富的可供开发利用的风能资源,进一步说明WindSim软件对我国复杂地形地区的风能资源评估工作具有很好的参考和应用价值。     

乌鲁木齐国际机场风切变颠簸天气个例分析

利用常规天气资料、风廓线雷达探测资料、自动站资料、NCEP再分析资料及数值模拟资料,对乌鲁木齐2010年12月2-3日对飞行安全有较大影响的风切变颠簸天气进行了多角度分析。结果表明,局地性东南风层的形成和下传造成的水平方向上非东南风与东南风的切变、锋区南压过程中在北疆沿天山一带低空诱发的小范围风场扰动对东南风层短暂破坏而引起的水平和垂直方向上风向风速的迅即变化,是造成机场附近风切变颠簸的原因。中尺度数值预报模式（WRF）对此次风切变天气有较好的模拟能力,有助于在探测资料有限的情况下了解风切变的细微结构及其演变。     

笛卡儿坐标系的双多普勒天气雷达三维风场反演技术

文中研究了笛卡尔坐标系下双多普勒天气雷达三维风场反演技术 ,提出了包括雷达原始资料的预处理 ,空间插值以及可靠性检验的新方法 ,提高了反演结果的可信度和精确度。使用模拟的双多普勒雷达体扫资料进行了反演试验 ,结果表明 :本文的方法能够比较真实地反映风场的三维结构 ,可以用于真实风场的反演。     

海面风场订正对风暴潮数值模拟的影响

海洋模式在模拟风暴增水时对于风场的依赖性比较大,准确的风场模拟是正确模拟风暴潮的重要前提.用渤海海域4次典型的风暴潮个例,检验改良的渤海风场推算模式对风暴潮数值模拟的影响,分别用订正前后的风场驱动风暴潮数值模式得到逐时的渤海增水场,并与塘沽实测值比较表明:在4个过程中海面风场订正后风暴潮模式的模拟结果均得到了明显的改进...     

浪花和飞沫水滴在海面大风边界层中的垂直传输

对我们在南海海域建立的大气边界层观测站的资料进行分析表明,在冷涌和热带气旋（包括强台风）过境的大风期间,在边界层底层10 min平均的水平风速u基本不随高度而变,甚至大都伴随有明显的上升气流w。而且风场脉动中含有强相干性的阵风扰动（ v _g,频率位于1/60~1/600 Hz频段）,以及近于随机性的高频湍流脉动（ v _t,频率大于1/60 Hz）,它们的特性以及w都可以很好地用水平风速u来参数化表示。取实测的（u,w）和脉动 v '= v _g+ v _t,或取实测的u与参数化的 v _g、 v _t和w,应用拉格朗日随机模式作数值模拟,结果表明:由破头浪发射出来的浪花和飞沫水滴（半径r_p为10~500 μm）有相当大的一部分可以飞离大气底层而进入100 m高以上的大气中,继而对进入大气中的海盐气溶胶通量有重要贡献,不可以被忽略。在水滴的垂直传输过程中,阵风扰动起了极重要的作用,而在w>0且较显著时w更起重要作用。我们对上扬率（可上升至100 m以上高度的水滴数与由海面发射出的水滴数之比）作出了初步的参数化公式,有很高的精度,主要的参量是无量纲量u2/（r_qg）,其中r_p和g分别是水滴半径和重力加速度。     

Performance Evaluation of the GRAPES Model in Wind Simulations Over South China

In the present study, the performance of the GRAPES model in wind simulation over south China was assessed. The simulations were evaluated by using surface observations and two sounding stations in south China. The results show that the GRAPES model could provide a reliable simulation of the distribution and diurnal variation of the wind. It showed a generally overestimated southerly wind speed especially over the Pearl River Delta region and the south of Jiangxi Province as well as the coastal region over south China. GRAPES also exhibited a large number of stations with the opposite surface wind directions over the east of Guangxi and the south of Jiangxi during the nocturnal- to-morning period, as well as an overall overestimation of surface wind over the coastal regions during the afternoon. Although GRAPES could simulate the general evolutional characteristics of vertical wind profile, it underestimated wind speed above 900 hPa and overestimated wind speed below 900 hPa. Though the parameterization scheme of gravity wave drag proved to be an effective method to alleviate the systematic deviation of wind simulation, GRAPES still exhibited large errors in wind simulation, especially in the lower and upper troposphere.     

淄博市冬季偏北大风的分县预报

在分析淄博市冬季偏北大风时－空分布特征的基础上,首先用ＰＰ法建立了大风的初步筛选预报方程,尔后选用不同的预报判据进行冬季偏北大风的分县预报。经试用,对大风分县指导预报有一定意义。     

单多普勒雷达反演涡旋风场方法分析

由于单雷达在探测台风临近、登陆时仍具有双部或多部雷达难以具备的优势,目前利用单多普勒雷达反演涡旋风场的方法并不多见,本文对能够反演涡旋风场的3种方法NIVAP(自然坐标系的积分VAP方法)、EVAPTC(反演热带气旋的EVAP方法)、GBVTD(地基速度追踪法)进行了比较,分别从每种方法的假设条件和数学方法以及结果精度来比较3种方法对涡旋风场的适用性。利用中尺度气旋Rankine模式模拟了纯涡旋性气旋、只有环境风场时、环境风场和辐合(辐散)同时存在时的径向速度场及风场,比较了各种情况下的反演风场和模拟风场的相似系数。在对模拟风场比较之后,选取了2014年"威马逊"台风登陆前1h、登陆时及登陆后1h的3个实测雷达资料,对比分析了3种方法反演实测资料的风场特征,3种方法中EVAPTC方法最好,GBVTD方法在应用中有一定的限制,NIVAP方法较差。     

风廓线雷达测风精度评估

采用风廓线雷达5波束探测模式的数据对测风精度进行评估分析,用垂直波束和其中两个相邻倾斜波束的探测数据构成一对计算因子,通过对同一距离高度上的4对计算因子进行误差分析,评估风廓线雷达的测风精度,得到水平风在垂直指向连续高度上的精度。对北京延庆CFL-08风廓线雷达2010年3,6,9,12月4个典型代表月份逐日连续探测资料进行了处理分析,结果表明:该雷达满足风速误差不大于1.5 m·s-1、风向误差不大于10°探测精度要求的最大探测高度6月、9月为8 km,3月、12月为6 km,基本符合该雷达探测高度的设计要求。信噪比、大气风场的不均匀性是影响雷达测风精度的主要因素:信噪比影响了高空的测风精度,-15 dB可以作为判断雷达测风可信数据最大探测高度的阈值;晴空大气出现的风场不均匀性对风廓线雷达的测风精度影响不大,降水出现时环境风场不均匀性造成水平风向、风速的测量误差较大,不能满足测风精度要求,特别是对流性降水发生前的1~2 h,水平风向、风速的方差增长迅速,可以作为强降水出现的预警指标。