复杂山地近地层强风特性分析

利用在贵州省西南部复杂山地上获取的近地层梯度风观测资料和三维超声测风仪观测资料,从中筛选出具有该地气候特征的强风样本,利用数量统计和谱分析等方法,计算分析了由于复杂地形影响而导致的局地低层强风的平均和脉动特征.平均风场主要表现在受当地主要特征地形(西北-东南走向的深切峡谷)影响,其全年的主导风向和最大风速出现的方向几乎完全转为沿峡谷走向,即使在符合中性大气层结条件下,风的垂直廓线也完全不满足幂指数分布,风攻角远远大于规范推荐的值,并且不同风向的强风攻角因地形影响其差异可达20°;强风条件下脉动风场的主要特征是:不同风向强风的湍流强度有所不同,在纵、横和垂直方向的湍流强度比值与现行设计规范给出的三维湍流强度比值有明显差异,其中垂直方向的湍流强度显著偏大是突出特征;湍流积分尺度偏大,其中纵向值偏大20%-60%,横向值在某些风向上可偏大3倍以上,垂直方向则普遍较平坦地形偏大一个量级左右;在桥梁结构较为敏感的频域范围内,各风向的湍流谱密度值有显著差异,其中不同风向在纵向上最大差值可达8倍,横向和垂直向可相差6倍,但无论哪个方向的湍流谱密度值均比台风中心要小1-2个量级.     

北京地区一次特大强风过程边界层结构的研究

利用北京325 m气象塔资料对1993年4月9日北京地区出现的一次特大强风过程的边界层结构（风、温、风切变及阵风特征）进行了分析。随着该次大风的过境，边界层内风场出现数个风速高值中心，高度位于200～300 m，时间间隔1～3 h。伴随上层风速垂直切变和阵风特性。湍流能谱的计算结果表明了大尺度涡旋对边界层湍流微结构的影响。     

基于测风塔实测台风威马逊登陆过程的强风特性分析

利用广东省徐闻县西连镇90 m测风塔在1409号超强台风威马逊登陆期间获取的具备完整的台风代表性的观测数据以及处于台风外围的广东省茂名市博贺镇100 m测风塔的观测数据,对台风威马逊的近地层强风特性进行了分析,西连测风塔结果表明:风速时程曲线呈明显的"M"型分布特征,台风中心经过测风塔前后,风向沿逆时针方向大幅偏转约170°。风速随高度增加而增大,风速廓线较好地符合对数和幂指数律;台风过境前后,各强风区的风速廓线幂指数和粗糙长度呈先减小后增大的特点;粗糙陆地下垫面的风速廓线幂指数和粗糙长度较大。湍流强度和阵风系数在前外围强风区或后外围强风区较大,在前眼壁强风区或后眼壁强风区较小,湍流强度和阵风系数随高度增加而减小,基本符合指数为负值的幂指数律;粗糙下垫面对湍流强度和阵风系数有增大的作用。外围强风区和眼壁强风区的10 min风向变率变化较为平稳,而在眼区变动较为剧烈,在眼区,当风速达到最低值或次低值时,10 min风向变率幅值达到最大值。博贺测风塔结果表明其总体上与西连测风塔台风前外围和前眼壁强风区的情形相似。     

台风“山竹”期间深圳近地面水平风的垂直特征

基于深圳356 m气象梯度塔风速观测资料,采用统计分析的方法,以台风"山竹"为例分析了台风过程中深圳近地面水平风阵风因子、风廓线指数和湍流强度的垂直变化特征。结果表明:台风"山竹"影响期间,受城市下垫面影响近地面风湍流强度大于高层,阵风因子和湍流强度随高度变化符合指数规律,风速大于6级后逐渐趋于稳定;风廓线指数随高度增加、风速增大逐渐减小。此外,利用全部样本计算得到风廓线指数平均值约为0.23,符合《建筑结构荷载规范》的推荐范围,但利用该值推算近地面不同高度的风速值略大于实测值。     

两次台风过程近地层湍流度和阵风因子分析

利用2005年台风"麦莎"和"卡努"期间青岛海岸实测三维风观测资料,挑选6个10 min平均风速≥8 m/s的强风时段,使用矢量分析方法研究台风影响华东地区时近地层的平均风速风向变化、湍流度和阵风因子变化等湍流特性,结果表明台风影响期间,近地层湍流脉动风速不稳定,水平方向、垂直方向风速风向快速变化;虽然台风"麦莎"、"卡努"入海地点不同,不同强风时段近地层湍流度差异也较大,但湍流强度都表现为Iu(横向)＞Iv(纵向)＞Iw(垂直向).两次台风影响过程不同强风时段近地层阵风因子的变化与湍流度的变化是一致的,在风速增大风向转变的时段,湍流度和阵风因子明显增大.     

连云港沿海近地层湍流强度特征

在对连云港沿海15个各类气象观测站2000—2009年8级以上强风样本统计分析基础之上,利用6座沿海梯度测风塔2005—2007年测风资料,探讨了连云港沿海近地层风湍流强度的时空分布规律及特点,并重点对不同类型天气系统引起的强风湍流演变特征及其对风电场影响进行剖析。研究结果表明:①风湍流强度具有很强的季节性,冬季小、夏季大,随高度增加而减小;②海面动力粗糙度对海上强湍流变化的影响有别于无强风及下垫面是陆地时;③在热带气旋影响区域,同一时段内可能会出现风速和湍流强度瞬时骤变现象;④海上强湍流出现在30m以上高度,陆地出现在底层,这一现象在不同天气系统引起的强风湍流变化中都有发现;⑤风机轮毂高度处有2.1%～3.8%的湍流强度特征值超过目前风机最大抗湍流强度设计标准,建议华东中、北部沿海地区风机抗湍流强度参数调整为0.31～0.41。     

冷空气强风在大型城市中的精细结构和形成机制

地面强风可直接造成人员伤亡和经济损失,严重影响出行安全、工农业生产等社会秩序。强风的发生与天气系统和复杂下垫面的共同作用密切相关,在城市区域尤为明显。受数值模拟技术和计算资源的限制,对实际天气条件下大范围城区的强风现象进行建筑物分辨率的大规模数值模拟研究仍是一个挑战。本研究利用中尺度气象模式嵌套流体计算动力模式的超高分辨率局地气象预报系统,对强冷空气过程造成广州市区的一次强风事件进行数值模拟,深入探讨强风的精细结构和形成机制。结果表明,伴随着强冷空气入侵,广州市区的平均风速和风场高频扰动均明显增强,且在城市冠层顶尤为明显,呈现区域不均匀的三维结构,数值模拟与地面观测相一致。较大范围的强风速和阵风主要出现在建筑物较为低矮的老城区上空,并持续影响下游河道等开阔区域。在高层建筑密集的新城区,虽然整体风速明显减弱,但能在平行风向的街道狭管和下游区域形成局地强风。特别是,超高层建筑群引起显著的垂直环流,导致强风扰动向下传播,造成最大风速达8 m s?1的地面局地强风,阵风指数接近2。上游建筑群引起的风场扰动呈现大尺度湍流结构,能沿着平均气流传播影响数公里之远的下游地区。当风场扰动经过广州塔等单体超高层建筑时,可在其两侧绕流区再次加强,形成局地强风。局地强风和阵风还出现在垂直于风向排列的沿江高层建筑群的侧边,与建筑屏风的阻挡效应和缺口溢出有关。研究结果促进认识城市强风的时空特征和物理机制,有助于提升城市气象的精细化预报水平。     

广东博贺近海海面的一次冷空气过程强风特征分析

利用广东博贺离海岸6 km的一个海上100 m铁塔观测到的梯度资料,采用特征量分析方法,研究强冷空气过程海洋近地层强风的微观特征。结果表明：冷锋过境时,近地层的气象要素有明显的响应：温度骤降、风速加大、气压上升,风向有明显的转变;风向标准差和风速标准差在冷锋前、冷锋过境和冷锋后都有明显不同;冷锋过境大风湍流度为0.08,阵风系数为1.19;此次冷锋过境强风在时间上表现为周期0.5～1 h的低频阵性;在空间上,60 m附近存在近地层的最大风层。     

新疆铁路沿线最强风区大风特征对比分析

利用2015-2018年新疆境内兰新铁路沿线32个大风监测站逐小时风速资料,基于统计学方法、空间分析法,从平均大风日数、大风历时、不同风速的贡献率以及平均风速不同时间尺度和地域分布的变化特征等,对兰新铁路新疆段内两个最强风区带——百里风区和前百里风区的大风特征进行统计和对比分析。结果表明：较之百里风区,前百里风区更易出现极端大风天气（大于11级风）,同时具有风速"昼弱夜强"、地域分布差异性大、主导风向与兰新铁路运行方向基本垂直以致横风强劲等特点。该分析结果能够有效弥补前百里风区这一无人区气象规律探索的空白,可为探明特殊地域强风区大风最新变化规律、关键区的大风逐小时内精细化预报、专项试验研究、风速灾害预警阈值的制定等提供基础。     

第16届亚运会帆船赛区强风概率推算

利用广东省汕尾甲子屿海岛测风站2008年11月逐时风速资料,分析了第11届亚运会帆船赛区11月份的风况特征,并根据汕尾气象站同时期的风速资料,通过相关性检验建立了大风样本的比值关系。根据汕尾气象站1966~2009年的历年11月份测风资料,构建了最大风速极值序列。利用极值I型概率分布函数推算了汕尾气象站11月份的各等级强风出现概率,再利用相关比值法和风速随高度变化幂指数律将结果推算至帆船赛区10 m高度。结果表明:帆船赛区11月份的主导风向为ENE,其次为NNE,静风频率为0;海面10 m高度出现帆船比赛中断风速的概率约为0.033(30年一遇)。     

北京北郊冬季大风过程湍流通量演变特征的分析研究

利用中国科学院大气物理研究所325 m气象观测塔1993年12月～1994年1月大气边界层实验资料, 计算分析了大风过境过程中47 m和120 m高度湍流通量演变特征及其影响因子, 以及与风速、 稳定度等参数的关系。结果表明: 大风过程对近地面层的物质能量输送有着重要影响, 大风之前出现短时间动量上传和热量下传; 大风过程中的湍流通量数值明显高于过境后, 水平方向湍流通量数值和能量增加幅度大于垂直方向; 当风速大于临界值5 m/s时, 湍流通量与风速、 湍流动能的相关迅速增大; 湍流谱特征表现为湍流能量的低频部分增加、 湍流谱曲线变宽; 大风能强烈影响近地面层的能量收支。     

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。     

Structures and characteristics of the windy atmospheric boundary layer in the South China Sea region during cold surges

An observational analysis of the structures and characteristics of a windy atmospheric boundary layer during a cold air outbreak in the South China Sea region is reported in this paper. It is found that the main structures and characteristics are the same as during strong wind episodes with cold air outbreaks on land. The high frequency turbulent fluctuations(period<1 min) are nearly random and isotropic with weak coherency, but the gusty wind disturbances(1 min相似文献   

我国登陆台风引起的大风分布特征的初步分析

用1949～2001年我国台风大风实测纪录对此期间台风引起的大风进行研究,具体分析了台风引起的6级及以上、8级及以上大风的频数,和大风风速的平均值、极端最大值的分布特征,并对台风登陆的地段、季节对上述要素的影响和台风登陆前、后上述要素的变化做了进一步分析.结果表明:在引起我国境内大风天气的台风中,有62%在我国登陆;而登陆我国的台风中,有89%会引起大风过程.台风引起的我国境内大风主要出现在东南沿海,等频数线几乎与海岸线平行,向内陆急剧减小,在杭州湾以北地区较少出现8级以上的台风大风,而极端最大风速与大风频数有类似的分布;在华南登陆的台风引起的大风频数明显高于华东和华北,华东又高于华北,引起的大风风速的大值区与登陆地段较为一致;登陆台风在4～8月间逐渐增多,引起的大风范围逐步向北推进,在9～11月间登陆台风逐渐减少,大风范围逐步往南消退;台风登陆前引起的大风主要集中在沿海地带,登陆后台风大风出现范围明显扩大.     

大气边界层强风的阵性和相干结构

我国北方春季冷锋过境后,常骤发强风,甚至起沙扬尘,持续数小时甚至一二天,通过对边界层超声风温仪的资料分析,可知大风常叠加有周期为3～6 min的阵风,较有规律,且有明显的相干结构:阵风风速峰期有下沉运动,谷期有上升运动;阵风扰动以沿平均流的顺风方向分量为主,横向和垂直方向的分量都较小,其本质是低频次声波和重力波的混合;阵风沿顺风向且向下传播.周期小于1 min的脉动在水平面上基本是各向同性的不规则的湍涡.大风期间,无论是平均流、阵风和湍流脉动,至少在120 m高度以下,主要都有西风和北风动量下传,感热上传.平均流的动量下传强于由脉动下传的量,与一般天气情况不同,而且阵风与湍流的动量下传的量值差不多.平均流和阵风在动量传送上起相当大的作用.     

北京冬季大风过程大气边界层特征分析

利用北京中国科学院大气物理研究所325 m气象观测塔的气象梯度资料和湍流资料,分析了2014年11月29日至12月5日北京两次大风过程中气象要素和湍流输送特征的变化。第一次大风过程的强度和持续时间均高于第二次大风过程。强烈的风速垂直切变主要集中在距地面100 m高度范围内,最强风速垂直切变达到0.31 s~(-1)。大风过程中,阵风系数呈现随高度减小的趋势,越接近地面,阵风系数愈大。阵风强度的变化与阵风系数相似,100 m以下高度时,阵风强度随高度增大而减小。大风过程自上而下改变边界层结构,平均动能、湍流动能和摩擦速度最先从上层(280 m)发生变化且迅速增加。近地层由于风速垂直梯度的显著差异,近地层垂直方向的湍流强度最大。大风时各功率谱在低频区(0.01 s~(-1))达到峰值,大风过后各高度的能量都有所下降。     

大气层结和海气交换作用影响的海面风剖面研究

风速剖面是各类工程结构抗风设计的关键参数。为了准确估算近海各类工程建筑结构承受的风荷载作用,通过在对数风剖面中引入大气稳定度函数和拖曳系数来刻画大气层结和海气交换作用对近海风速剖面的影响并建立相应的模型,最后利用强台风“黑格比”(0814号)的实测数据对模型进行了验证。研究结果表明:大气层结和海气交换作用对台风“黑格比”风速剖面有一定的影响,考虑大气层结和海气交换作用的风速剖面较对数剖面更能准确描述台风过程的风速剖面特征。      

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。     

中国黄海西岸海陆风循环结构研究

陆海风是由于海陆表面之间的比热容不同而导致的昼夜热量分布差异,从而在海岸附近引发的大气中尺度循环系统.本文利用多普勒风激光雷达Windcube100s首次对黄海西海岸的海陆风的循环结构进行了观测研究.在2018年8月31日至9月28日观测期间发现,海陆风发展高度一般在700 m至1300 m.海陆风转化持续的时间为6小时至8小时.在425m高度,海风水平风速出现最大值,平均为5.6 m s-1.陆风最大水平风速出现在370m,约为4.5 m s-1.最大风切变指数在1300m处,为2.84;在陆风向海风转换过程中,最大风切变指数在700m处,为1.28.在同一高度上,风切变指数在海风盛行和陆风盛行时的差值范围为0.2-3.6,风切变能反映出海陆风的发展高度.