影响云南空气质量的风场特征分析

利用美国NCEP/NCAR风场再分析资料和云南高空、地面、高山风塔实测风资料,对云南地区的大气风场特征进行了分析。结果表明,云南对流层中低层大气风场常年盛行偏西气流,风向稳定,尤以西南风最多,冬-春-夏-秋四季风场变化特征明显。腾冲、思茅高空盛行风向以西风为主。云南除滇东北、滇东南和局地地形影响外,大部分地区近地面全年以盛行西南风为主。山区全年盛行风向以西南风为主。云南近地面年平均风速1.9m/s,北部大于南部,东部大于西部,冬春季风大,夏秋季风小,风速日变化特征显著。昆明地区大气边界层存在逆温现象,冬季突出,夏季微弱,秋冬春季频率高,夏季频率低。云南空气污染具有干湿季分布特点,1-5月为主要污染时段,冬春季节存在西南和东北两条污染传输通道。     

巢湖流域典型站点的风场特征分析

研究巢湖流域流场特征对于认识该地区热量、水汽交换和水流运动规律具有重要意义。利用2006年合肥、肥东、巢湖、庐江站以及姥山岛自动气象站的风场资料,分析了巢湖流域典型站点的风速和风向变化特征。结果表明,陆面站点年平均风速为2.17m/s,湖面站点风速为2.41m/s。所有站点春夏季风速大于秋冬季,陆上风速具有明显的日变化,白天风速大于夜间,而湖面风速日变化较不显著。陆面站点风向季节变化明显,春夏季以偏南风为主,秋冬季以偏北风为主,春夏季的风向日变化特征较秋冬季明显,湖面站风向没有明显的季节变化。陆面站点不同程度地受到湖陆风的影响,距离湖面较近的站点受到的影响较大。湖面和陆面站点风向差距平与气温差距平的日变化保持一致,表明湖陆温差是影响巢湖流域湖陆风的关键因子。     

雷州半岛东部沿海风况的特征

统计雷州半岛东部海岛自动站的近4年观测资料,分析得到雷州半岛东部沿海海面风的时间变化特征和大风特点。结果表明:雷州半岛东部沿海风速冬季最大、夏季最小;日平均风速分布呈单峰型,且日较差较小,正午前后风速较大,傍晚到次日早上风速较小;全年主导风向为东南、东北和偏东风,春季的主导风向为东南、偏东风,夏季以东南风向为主,秋季主导风向为东北风和偏东风,冬季主导风向为东北风;热带气旋和冷空气是造成沿海大风的主要原因;热带气旋所致大风的平均阵风系数和离散度均明显大于冷空气样本。     

海南岛海风演变特征的观测分析

本文利用2012年海南岛19个常规气象站、5个海岛站的逐时资料以及海口站的探空资料,对海南岛海风的时空演变特征及在不同天气条件下海风发展的特征进行了统计分析,结果表明:2012年全年海南岛的海风多发生于春、秋季,频率分别为40%和33%,冬季最少(约为19%),尤其是一月,大部分站点均不足10%。夏季海风出现时刻较早;南部沿海海风结束时间晚于北部沿海;冬季海风开始得较晚,南部海风结束时间早于北部沿海。海风平均持续时间约为10 h。沿海站的海风风速主要集中在3~6 m·s~(-1),且最大风速值出现在春季,除琼山、海口站外,最大海风强度多出现于春夏季。内陆站中部山区附近海风出现频率较高、开始时刻较早、持续时间较长、强度也较大。海风向内陆的传播距离至少为70 km;海风易发生在阴天,其次为多云天气,少云日的海风最少。     

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。      

近50年河西绿洲地面风的时空变化特征

根据河西绿洲13个气象台站1951年1月—200O年12月的地面风资料,统计分析了河西绿洲地面风的时空变化特征。河西绿洲大多数台站夏季盛行偏东风,冬季盛行偏西风,各站的最大风速一般出现在春季。绿洲中静风频率较高,绿洲各站地面风平均风速在20世纪5O年代有一峰值,但时间跨度较短,之后波动增加,至70年代达到峰值,然后逐渐减少。河西绿洲大部分台站从70年代盛行风向发生了改变。河西绿洲一些站的地面风向存在昼夜反向的特征。     

海南岛地闪活动的时空特征与海陆风关系

海陆风是触发海南岛春夏季节对流天气的主要因素,对海南岛闪电活动有很大影响。利用2007—2008年以及2013年海南省气象局地闪定位监测网资料、中尺度气象自动站逐时地面风向风速等数据,采用统计分析方法,研究海南岛地闪活动的时空分布特征及海陆风对其影响。结果表明:海南岛地闪主要发生在春夏季,大部分地区地闪主要发生在白天,特别是下午,而南部沿海和西部沿海地区的地闪在夜间较白天更为活跃。春夏季活跃的海陆风对海南岛地闪活动有很大影响,是导致海南岛地闪具有时间和空间分布特征的主要原因之一:在西北部内陆和东北部沿海地区,白天偏北海风与环境偏南风辐合,造成地闪活动多发生在白天;而在南部沿海地区,夜间偏北陆风常和环境偏南风辐合造成地闪在半夜和早晨更为活跃。     

中国沿海风能分布特征及其影响因子的数值模拟

利用欧洲中期天气预报中心0.75°×0.75°再分析资料,对中国海岸线两侧相邻区域内的风能、风速进行研究,讨论不同季节、不同区域风能、风速的分布特征;利用WRF(Weather Research Forecast)模式模拟海表面温度上升和城市化发展对中国东部沿海风能的影响。结果表明:1)中国沿海风能的时空分布不均一,季节变化明显。春季渤海湾区域风能明显大于其他三区(华东沿海、东南沿海和南海北部沿海区域)。夏季渤海湾区域风能显著小于其他三区,而华东沿海区域风能稍大。秋季东南沿海和南海北部沿海区域风能较大。冬季沿海四区风能大小接近。一般而言,秋冬季风能较大、春夏季风能较小,夏季风能显著小于冬季。2)不同区域、不同季节风速的年际变化存在明显差异。除冬季东南沿海区域风速有增大趋势外,其他区域各季节风速都呈缓慢减小趋势,但减小幅度很小。3)海表温度升高在不同季节对风速的影响不同。春季渤海湾和山东半岛、北部湾沿海及杭州湾风速随海温升高而增强。夏季海温升高幅度不同,则风速显著变化区域不同,但大部分沿海区域风速随海温升高而增强。秋冬季风速随海表温度升高而增强,影响区域较稳定:秋季东南沿海和华东沿海区域风速增强,冬季渤海湾和南海北部沿海区域风速增强。4)城市化发展增大了地表摩擦力,使得夏秋季登陆我国的热带气旋迅速减弱,沿海风速随之减小。     

陕西省风的时空分布及ERA5风资料检验评估

利用2017—2019年陕西省99个地面气象观测站资料分析近地面风场的时空分布特征,并对ERA5再分析资料10 m风速产品进行质量评估。结果显示：年平均风速陕北、关中北部及东部、商洛较大,汉江河谷及关中平原西部风速较小;大多数站点春季风速最大,秋季风速最小,4月风速最大,10月风速最小,8月风速存在次高点;白天风速明显大于夜间,最大风速一般出现在14—16时,最小风速多出现在20—21时前后和日出前后;夏季最大风速出现时间较其他季节提早2 h左右,前半夜风速明显大于后半夜。大部分站点有接近相反的两个主导风向,风速随季节有明显变化,陕北主导风向存在明显的季节变化。ERA5再分析资料10 m风速产品和自动气象站观测相比能够反映风场最基本的时空分布特征,风力日较差和标准差较站点观测偏小,连续性、均匀化特征明显;最大风速以及白天风速开始增大的时间较站点观测偏晚1 h左右;ERA5 10 m风速产品在陕北地区偏大,关中、陕南地区偏小,关中地区相对误差和均方根误差小,相关系数高,代表性优于陕北和陕南地区。     

祁连山老虎沟12号冰川近地层微气象特征分析

利用2009年9月1日-2010年8月31日祁连山老虎沟12号冰川海拔4 550m气象观测资料,分析并讨论了气温、降水、比湿、气压、风速、风向、总辐射、感热和潜热通量的变化特征。结果表明,在冰川下垫面影响下,气温的逐时变化呈现出升温比降温要快,但季节变化则相反,气温变化的位相比风速要超前;降水主要集中在5～9月,占全年降水的68.1%;冬季平均风速最大,夏季最小,春季高于秋季,春、秋季冰川风的强度要大于谷风,夏季则相反,冬季冰川风占绝对主导地位,且冰川风对地气间的能量交换有重要影响;全年感热通量日平均值大部分都为正值,而潜热通量基本都为负值,在气温较高、风速较大的情况下二者均有明显的增加;夏季感热和潜热通量的绝对值都比冬季要大。     

ASCAT反演风场与华南及南海站点观测对比分析

利用2014—2017年华南沿海及南海的浮标站、海岛站、石油平台站、沿海自动站等277个自动站风场数据,与ASCAT反演风场进行了对比分析。结果表明,当观测风速小于5 m/s(大于15 m/s)时,ASCAT反演风速的平均绝对误差在3 m/s左右(存在2级左右的高(低)估);当风速介于5~10 m/s时,平均绝对误差在2 m/s左右(多数ASCAT有1~2级的高估);介于10~15 m/s时,ASCAT反演结果相对最好,风速、风向准确率能够达到60%以上。ASCAT对风速的反演结果受陆地影响较大,与观测风速的相关系数从高到低可分为三类:(1)浮标、平台站;(2)西沙、南沙自动站;(3)广东沿海自动站及海岛站、海南海岛站。ASCAT反演风场在风向的应用较风速更优,其中,东北风样本数最多,其次分别为西南风、东南风和西北风。浮标站、平台站、西沙自动站的风向反演质量相对较好;所有测站风向偏差主要由5 m/s以下的弱风贡献。单站多年月平均风速变化显示,ASCAT反演风速相对测站主要为正偏差,且秋冬季比春夏季偏差更大,这可能与大气稳定度有关。      

山东省沿海冬春季海陆大风对比分析

利用山东省划分的沿海12个海区代表站和部分海岛站资料,6艘渤海和黄海救助船资料,验证了2010年11月以来冬春季海区大风过程(≥6级)中,烟台北部沿海和威海南部沿海站大风资料的可用性,并对渤海湾、渤海中部海区、黄海北部海区和山东沿海大风进行了对比分析,得到以下结论:(1)渤海湾海区,滨州北部和东营北部沿海站均比海面风速偏小。(2)渤海中部海区,当天气系统为低槽冷锋时,东营东部、潍坊北部、烟台北部和烟台西部沿海站均比海面风速偏小。(3)黄海北部海区,在统计时段内,成山头站非常接近海面风速,其次是长岛县大黑山比海面风速小3 m·s-1左右。     

青岛沿海ASCAT卫星反演风场与浮标海岛实测风场的对比分析

本文通过对比检验2013年1月至2016年6月ASCAT卫星反演风场与青岛浮标海岛站实测10m风场资料,开展ASCAT卫星反演风场在青岛沿海的适用评估。结果表明:ASCAT反演风速整体偏大,风向偏左,但整体偏差均较小。ASCAT反演风场和浮标海岛站实测风场的风速和风向的整体偏差分别为1.6m/s和-9.6°,说明ASCAT反演风场在青岛沿岸有很好的适用性,比EC再分析资料能更细致地反映青岛沿岸的风场空间分布。从风速分级比较来看,风速越弱,卫星反演风速越接近站点实测风速,反演结果越好,而风向反演结果则反之。风速和风向的反演效果皆是晚上比早晨好。并且季节变化对风速反演效果影响不大,但是对风向反演效果有一定的影响,秋冬季节风向反演结果好于春夏季节。最后,对ASCAT反演风速分别进行线性回归订正、综合误差、风速等级误差和升降轨误差订正,发现线性回归订正结果最佳。     

我国登陆热带气旋引起的大陆地面风场分布

利用逐小时风速观测资料以及台风年鉴资料,分析了2008~2014年登陆我国大陆地区的51次热带气旋（TC）的地面风场分布特征,包括TC登陆期间大陆地面风场演变和大风分布特征、海岛站和内陆站的风速差异以及海拔对风力造成的影响等。结果表明:6级及以上大风主要发生在距离TC中心300 km内、TC强度达到台风（TY）以上时,并主要位于TC移动方向的右侧,尤其是右前象限;华南区TC风场分布主要由在此区域登陆的TC（Ⅰ类）造成,较大风速区包括广东西南部沿海、雷州半岛附近和海南西部沿岸;华东区TC风场分布主要由在此区域登陆的TC（Ⅱ类）造成,杭州湾出海口以及浙闽沿海是较大风速区;6级及以上大风广泛分布在华南和华东沿海,6~7级地面大风高频站主要位于杭州湾附近,8级及以上地面大风高频站点在杭州湾和福建沿海分布比广东西南部更为密集;TC登陆前后均可能造成大风,大风出现时间与站点至TC中心的距离密切相关;同等强度TC在海岛站造成的风速比陆地站更大,对高海拔站点造成的风力大于低海拔站点。本文研究结论对于TC大陆地面风场的预报具有一定参考价值。     

Diurnal variation of surface wind over central eastern China

Hourly wind observations from 452 meteorological stations are used to document the diurnal cycle of the surface wind over the central eastern China (100°–122°E, 20°–42.5°N). Both the surface wind speed and the wind direction show large diurnal variation with pronounced topographic effects. At most stations, the surface wind speed reaches the maximum in the afternoon and the minimum in early-morning. This diurnal phase shows small seasonal variation, whereas the diurnal amplitude varies significantly in different seasons. The diurnal amplitude of the surface wind speed reaches maximum in spring over the northern and southwestern China and in summer over the southern China. The diurnal cycle of the wind direction is more complicated. Over the coastal (mountain) regions, the diurnal wind direction is greatly influenced by the land–sea (mountain–valley) breezes with large (small) seasonal variation. Over the northern plain region, the wind direction exhibits small diurnal variation but with remarkable seasonal rotation. The surface wind over the stations located on the top of mountains shows distinct diurnal variation, which represents the diurnal cycle of the tropospheric low-level wind. The wind speed over these stations is highest in pre-dawn and lowest in the afternoon. The wind anomaly rotates clockwise from late night to late afternoon, and shows significant seasonal variation as influenced by the annual cycle of the monsoon system. The contribution of the diurnal surface wind to the diurnal feature of precipitation is briefly discussed.     

中国1960-2016年风能资源的时空分布特征

基于462个气象观测站1960–2016年共57年的近地面风速日资料,利用克里格空间内插,最小二乘法,相关系数检验和经验正交函数分解(EOF)等方法分析了年均和各个季节中国区域风速及有效风能密度的时空变化特征。研究结果表明:在中国北部和部分沿海地区年平均风速在3 m s-1以上,有效风能密度在75 W m-2以上,而在中国南部地区平均风速和有效风能密度均较小。近五十多年以来,中国区域年均和季节平均风速呈明显下降趋势,北部地区春季递减率最大,沿海地区冬季递减率最大。广东部分地区年平均风速有增大的趋势,西南,华南和华中西部地区年平均风速变化不大。平均风速大的区域,递减率也大。年平均风速和年有效风能密度的主要空间分布模态表现出高度的一致性,均呈现逐年减小趋势。中国风速及风能资源的减小趋势,主要与全球变暖及土地利用变化有关。     

多云天气下海南岛地形对局地海风环流结构影响的数值模拟

采用WRF中尺度天气预报模式,针对海南岛多云天气条件下的一次典型海风个例,对局地海风环流结构进行数值模拟,分析海风环流的演变特征,并通过设计改变海南岛地形的敏感性试验,探究地形对海南岛局地海风环流结构以及云水分布的影响。结果表明:海岛西部陡峭的山区造成海风强迫抬升,偏南背景风使得海岛北部高空回流明显,海岛西部、北部的海风结构较为完整;地形高度越高,海岛南部山区的阻挡作用越强,西部地区的海风高空回流特征越显著,西部、西北部云水混合比的位置也越深入内陆;受南海季风的影响,与晴空天气相比,多云天气下海风强盛期全岛的最大风速稍大,海风在垂直方向上达到的高度更高;移平地形后,多云天气下全岛风速平均仅减少2~3 m·s^-1,而晴空天气下全岛风速则大大减弱,即多云天气下海风环流水平结构受地形的影响比晴空天气下弱。