城市化进程对近地层大气风温结构的影响

利用北京325 m气象塔不同阶段(第一阶段:1991—1995年;第二阶段:2004—2008年)风温梯度观测,北京地区气候站长期观测(1971—2008年,20站)和城市社会经济发展指标(1978—2008年),从城市化进程不同阶段对比的角度,分析研究北京近地层大气风温结构变化特征。结果表明,北京城市化进程已经导致该地区近地层大气特征发生明显变化。主要表现为:地面和近地层温度增加,热岛强度增强;地面风速和近地层低层风速明显减小;近地层低层(63 m以下)风向变得更为紊乱;近地层温度垂直递减率增加;近地层大气风温结构特征的变化表明:2004—2008年325 m气象塔,在63 m以下基本反映的是城市冠层流场特征,即气象塔周边地区城市冠层厚度约为63 m。     

台风“妮妲”(1604)登陆期间近地层风特性分析

利用深圳350 m气象梯度观测铁塔获取的台风"妮妲"(1604)登陆期间近地多层风观测资料,分析"妮妲"登陆期间风场和阵风系数等变化特征。结果显示:"妮妲"登陆期间,近地面风速随时间呈增强—减弱—增强—减弱的"M"型特征,风向由西北方向转为南东南;风速随高度增加而增加,其中风速垂直变化最大的时段为"妮妲"后风圈经过期间;垂直方向上,"妮妲"前外围向前风圈过渡期间风向多变,而其他时段风向随高度基本不变;在"妮妲"前外围、前风圈和眼区经过期间,350 m高度以下的风速随高度的变化遵循对数关系,而在"妮妲"后风圈和后外围时段仅适用于150 m以下高度;在"妮妲"登陆过程中,铁塔观测的粗糙度长度约为0.52 m;阵风系数随高度增加而减小,"妮妲"登陆前和眼区的阵风系数较大;另外,阵风系数与风速呈负相关关系,随着风速增加而减小,尤其是风速小于10 m/s时。     

渤海湾海域风况特征分析与海-陆风速对比分析

利用1988年9月-2010年8月的渤海A平台观测资料统计了渤海湾海域的风况特征,对平均风速和6级及以上大风、8级及以上大风的年变化和风向频率进行了分析,得到该海域出现大风的时间和风向、风速特征.为了讨论海上和陆上风速的对应关系,利用相同时间段的渤海A平台站和塘沽气象站观测风资料拟合了两个站风速之间的经验公式.     

3种海面风场资料在吕宋海峡的比较与评估

利用1990—2014年的ICOADS观测资料,从空间分布、季节变化和不同风速风向特征等角度,对3种海面风场资料(ERA-I、CCMP、CFSR)在吕宋海峡处的风速和风向质量进行了较为全面详细的对比和评估。主要结论如下:(1)3种风场资料在吕宋海峡处风速整体偏小,海峡中部误差较小,南北两端误差较大;均方根误差季节变化显著,6月最小,12月最大;(2)风速误差随不同风速、不同风向而不同,整体呈现高风速时风速较观测偏大,低风速时风速偏小的特点,且低风速段误差较小,高风速段误差随风速增大而增大;(3)3种风场资料在吕宋海峡处风向整体偏右,海峡中部误差较小,南北两端误差较大;季节变化显著,12月最小,5月最大;(4)风向误差随不同风速、不同风向而不同,偏北方向,风向偏右;偏东方向,低风速段风向偏右,高风速段风向偏左;偏南方向,低风速段风向偏左,高风速段风向偏右;偏西方向,风向呈偏左状态。风向误差整体随风速的增大而减小;(5)综合比较,CCMP的风速、风向资料质量均好于其他两种资料。     

城市化进程对近地层大气风温结构的影响

利用北京325 m气象塔不同阶段(第一阶段:1991-1995年;第二阶段:2004-2008年)风温梯度观测,北京地区气候站长期观测(1971-2008年,20站)和城市社会经济发展指标(1978-2008年),从城市化进程不同阶段对比的角度,分析研究北京近地层大气风温结构变化特征.结果表明,北京城市化进程已经导致该地区近地层大气特征发生明显变化.主要表现为:地面和近地层温度增加,热岛强度增强;地面风速和近地层低层风速明显减小;近地层低层(63 m以下)风向变得更为紊乱;近地层温度垂直递减率增加;近地层大气风温结构特征的变化表明:2004-2008年325m气象塔,在63 m以下基本反映的是城市冠层流场特征,即气象塔周边地区城市冠层厚度约为63 m.     

福建沿海地区海陆风的时空分布特征

本文利用福建沿海8个70 m及2个100 m高度梯度测风塔1 a的多层风观测数据,分析福建沿海海陆风的时空及日变化特征.10个测风塔均匀分布于从南到北沿海,2009年6月1日～2010年5月31日开展了为期1 a的观测,采用50 m高度夜间02:00时前后的风向度数与午后14:00时前后的风向度数相减,其差值的绝对值在90°～270°之间,并且海风及陆风的维持时间均大于3h,定义为海陆风日.分析表明,受台湾海峡的影响,福建沿海海陆风日数南、北多,中部少,中部沿海海陆风日在44～ 60 d之间,长乐以北沿海为66 ～ 94 d,漳浦以南为69 ～92 d.海陆风的季节变化表现为春季最多,夏季其次,秋季最少.海陆风的日变化特征表现为:春季陆风变海风的时间在09:00 ～10:00时左右,夏季在08:00 ～09:00时左右,秋冬季在09:00 ～ 10:00时左右;而海风变陆风的时间各季均在20:00时左右.海陆风的转换一般从低层开始,至100 m高度相差30 min左右;由于受地形的影响,福建沿海大多数海陆风日有其特点,即风向转换时角度变化较小,风向不与海岸线垂直,反而近于与海岸平行;海陆风转换时,当海风为偏北风时,上午陆风变海风时风向顺时针偏转,傍晚逆时针偏转,由海风变陆风;当海风为偏南风时,正好相反.     

一种港口塔吊水平风荷载预报模型的设计和实现

利用2012-06—2013-05渤海湾北岸曹妃甸港100m风能塔风观测资料,研究了空气动力学粗糙度z0的月变化特征及其和地面10m风速之间的关系,并针对港口安全运营调度精细化气象服务保障需求,设计了一种港口塔吊定点、定量水平风荷载的预报模型。结果表明:受海陆风和周围环境的季节性变化影响,渤海湾北岸z0具有明显的月变化特征;通过拟合确立了z0和地面10m处10min平均风速在海-陆风和陆-海风两个方位上的粗糙度方程,梯度风速计算试验显示方程稳定可用;基于以上结论建立了定点、定量风荷载预报模型,预报试验和程序开发结果表明,基于上述结论所建立的港口塔吊水平风荷载计算模型正确可行,更适用于风险预报业务。     

中法海洋卫星（CFOSAT）同步观测台风引起的风场和海浪

利用中法海洋卫星（CFOSAT）最近观测的风场和海浪场，报道了超强台风玲玲（2019）过境中国近海水域期间台风浪的初步研究结果。结果显示，台风路径右侧风速超过14 m/s大风区的有效波高超过5 m，与理论估算一致。观测主波波长为150 - 180 m，风场为西南向，海浪向东传播。风向和浪向的偏移随台风中心距离增大，接近理论预测。     

龙口海洋站风况特征分析

根据龙口海洋站观测得到的2007年逐时10分钟平均风速、风向资料,对平均风速风向、大风风速风向、大风日数等方面进行了分析,得出结论:龙口海洋站的风具有典型的季风性气候特征,冬夏季主风向有180°的变化,平均风速的月际变化出现两峰两谷的趋势;常风向为S向和NE向,强风向为偏北向;偏东风的平均风速和出现频率最小;大风风力以6级为主,大风的年平均风速为13.3 m/s,出现大风的月最高概率为63.3%;大风年主导风向为NW-NE以及S,风速以偏北大风较大,偏东风最小;秋冬季节以偏北大风为主,春季偏南大风与偏北大风交替出现,夏季是大风最少的季节。     

辽东湾西岸海陆风特征分析

从葫芦岛气象站5年历史地面观测资料的统计分析中获得158个海陆风个例,对每个海陆风个例的初始和最大海风时刻、风向、风速和初始海风到最大海风的时间差、风速差及转海风前后的湿度变化进行了统计和分析,并与内陆站、海上站的观测资料进行了对比分析,揭示了该地区海陆风环流的统计特征和季节变化规律。     

辽宁葫芦岛地区海陆风及热内边界层研究

根据2007年辽宁葫芦岛气象站资料分析了葫芦岛地区海陆风变化特征,并用MM5v3模式模拟了典型日的海陆风风场变化和热内边界层位温场结构变化。结果表明:海风和陆风出现的频率有明显的季节性变化。冬季陆风较多,春夏海风较多,春季、秋季易形成海陆风;海风起止时间夏季长冬季短,陆风起止时间秋冬季较夏季长;典型海陆风日中,海风造成陆地湿度变大,海风风速大于陆风风速;通过海风的数值模拟,海风由生成到成熟海岸吹向内陆其厚度可增厚到2 000 m以上,伸向内陆距离可到40 km;热内边界层向内陆呈舌状分布,海岸边界层高度在200-300 m之间,抛物面高度随着向内陆延伸的距离增加而升高。热内边界层最高达1 800 m。     

基于现场实测的渤海风速特性研究

风荷载是影响海洋结构物设计和安全服役最为显著的环境因素之一。利用在役海洋平台监测系统对渤海风速场展开长期监测,获得了长期的风速信息。对极值风速进行分析,利用极值Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型分布对风速极值的概率密度进行拟合。基于极值Ⅰ型概率分布,获得了渤海海域重现期为5 a、10 a、30 a和50 a的最大风速值。对年最大风速的脉动风分量、湍流强度、阵风因子进行了分析。考虑高频分量的影响,利用小波变换,得到了脉动风速的近似分量和细节分量,计算了实测风速的纵向和横向的空间积分尺度。对比经验脉动风谱与实测脉动风谱,证明了Davenport风速谱能够较好地拟合渤海现场风速场。     

基于Argo资料的西北太平洋海表面盐度对台风的响应特征分析

基于1996—2012年西北太平洋Argo剖面浮标盐度观测资料,利用合成分析方法研究了海表面盐度对台风的响应特征。结果表明海表面盐度对台风的响应具有明显的非对称性:台风过后其路径右侧的海表面盐度显著上升;左侧的则在R₅₀内上升,R₅₀外区域普遍下降。进一步分析显示台风强度、移动速度和海洋混合层深度对海表面盐度响应特征均有较大影响。强度大或移动缓慢的台风能造成大范围的海表面盐度上升;强度小或移动快速的台风只在路径右侧造成海表面盐度上升,左侧的则普遍下降。夏季(6-9月)台风过后,海表面盐度在混合层浅的区域普遍大幅上升,在混合层深的区域则在台风路径左右两侧2R₅₀范围内小幅上升,在远离台风路径左侧区域下降。     

罗源湾海域台风风暴潮数值模拟研究

本文以福建罗源湾海域为重点研究区域，结合台风风暴潮数值模式，对不同强度、不同方向台风引起的风暴潮增（减） 水规律进行了数值模拟研究。通过对影响罗源湾海域的历史台风分析，确定了影响该区域的两种典型台风路径，即东南-西北移动 （NW-SE） 和南-北移动 （N-S） 路径。文中结果表明：在两种典型路径台风到达罗源湾海域时，罗源湾内的风暴增水达到极值，在超强台风 （中心气压及最大风速：945 hPa，55 km/h） 作用下，NW-SE 和 N-S 路径下增水极值分别为3.9 m 和 3.67 m。随着两种典型台风路径从湾外向湾内平移，湾内不同岸段的风暴增水表现出不同的规律：北岸和西岸增水逐渐增大且在典型台风路径过湾顶向西平移约 15 km 处达到最大；湾内南岸区域增水逐渐减小且在台风路径过湾口向湾外平移约 15 km 处达到最大；湾口站点增水极值随路径平移无明显变化。对于 N-S 典型路径方向，台风中心过罗源湾后有明显减水现象，且越靠近湾内的站点减水程度越大，超强台风作用下湾内西北角站点减水达 2.80m，而 NW-SE 路径的台风风暴减水现象不明显。     

深圳近海风暴潮影响因素分析

风暴潮可能给沿海城市造成巨大破坏, 而深圳位于易受台风影响的南海北部沿岸, 经济和人口总量巨大, 但有关深圳近海风暴潮的研究工作却十分匮乏。本文基于区域海洋模式系统(regional ocean model system, ROMS)建立了一个以深圳近海为中心的三层嵌套模型, 用于研究深圳近海台风所致风暴潮的影响因素。首先对2018年台风“山竹”过境深圳导致的风暴潮进行模拟, 模拟结果与观测结果较为一致。在此基础上, 进行一系列参数调整试验, 研究台风登陆地点、登陆角度、台风尺度、台风强度以及移动速度的改变对风暴潮及其分布的影响。结果表明, 在深圳西边登陆的台风, 比在深圳东边登陆的台风产生的最大增水高1.5m左右。由东往西移动并登陆深圳的台风, 比由南向北移动的台风产生的最大增水高1.0m左右。台风最大风速半径增加15%, 最大增水上升0.2m左右。台风强度增强15%, 最大增水上升0.4m左右。台风移动速度总体上对风暴潮影响不大, 但不同登陆地点存在明显差异。当台风在深圳西边或者东边登陆时, 台风移动速度增加30%, 深圳沿海各海湾的最大增水反而上升0.2~0.6m。当台风从深圳中部登陆时, 台风移动速度增加30%, 珠江口的最大增水降低0.1m左右, 大鹏湾和大亚湾的最大增水却相反地上升0.2m左右, 不同海湾对台风移动速度呈现不同的变化特征, 与各海湾水体重新分布到稳定状态时间和台风作用时间有关。     

台风“利奇马”对渤海风暴潮影响研究

利用实测资料对比和FVCOM数值模拟等方法,研究了"利奇马"台风风暴潮在渤海的演变规律。研究表明:渤海沿岸的风暴潮过程是由局地风"直接作用"及外部天气系统"间接影响"共同作用引起的,且它们引起的风暴潮时空分布明显不同。在"利奇马"台风风暴潮中,"直接作用"引起的风暴增水在渤海湾和莱州湾沿岸分别约占总风暴增水的2/3和1/2。     

两类典型台风路径影响下的黄、渤海海浪场特征研究

台风引起的海浪灾害对我国黄、渤海沿岸影响巨大,严重威胁相关区域人民群众生命财产安全。本文主要利用ERA5(the fifth generation European Center for Medium-Range Weather forecasts atmospheric reanalysis of the global climate)风场研究了两类不同移动路径下的台风(1909号台风“利奇马”和1109号台风“梅花”)在黄、渤海区域的海浪场的时空分布特征及风-浪成长关系。结果表明:两个台风引起的海浪的有效波高空间分布明显不同,波高的分布和风速对应,而海浪周期与风速、波高的分布无明显相关性,波向较风向偏于台风移动方向且两者偏差较大;两个台风进入黄海之前就形成一个从黄海向渤海的“涌浪舌”。海浪成分方面,台风“利奇马”引起的沿海区大浪主要是风浪,而台风“梅花”移动路径的右侧以风浪为主,左侧则主要是涌浪;通过建立无因次波高与无因次周期的幂律关系、以及有效波高关于风速的二次多项式变化关系,研究了风-浪成长特性,结果发现,台风浪的成长特性与台风过程关系不明显,但与所处水域的水深和海底地形地貌有关,表现为两个台风在黄海区域的台风浪成长较渤海区域更为充分。     

基于风廓线雷达观测的台风“天兔”边界层演变特征研究

垂直探测台风边界层特征对于认清台风结构具有重要意义。基于1319号台风“天兔”途经的三个边界层风廓线雷达站的观测资料,结合探空数据,本文分析了“天兔”的边界层径向、切向风特征,结果表明：1）最大切向风速出现在眼区附近,在“天兔”稳定维持为强台风级别期间,最大切向风速基本稳定在1800 m高度左右,随着登陆后强度的迅速减弱,最大切向风速减弱、最大切向风速垂直范围缩小;2）最大风速所在高度和台风入流层顶高基本相近,大于依据理查森数或位温梯度所判断出的边界层高度,而基于信噪比（SNR）或其梯度所判断的混合层高度时常偏低;3）“天兔”登陆前边界层高度可以达到2100 m以上,在台风级别及以上时,各站观测到的边界层高度变化不大,基本在1200～1600 m之间,登陆后随着台风强度的减弱,边界层高度迅速减小。     

东海沿岸海区垂直环流及其温盐结构动力过程研究I．环流的基本特征

利用三维斜压流体动力学模型 ,通过对东海沿岸海区冬、夏季的斜压环流及其温盐结构的数值研究 ,揭示研究海区垂直环流及其温盐结构的动力过程及其成因。垂直环流的模拟结果表明 :冬季 ,沿岸海区的垂直环流以逆时针流动 ,近表层为向岸流 ,沿岸为下降流 ,近表层以下为离岸流 ,其在外海有明显的上升趋势 ,沿岸下降流自表层至底层逐渐由强变弱 ;夏季 ,沿岸海区的垂直环流以顺时针流动 ,近表层以下为向岸流 ,沿岸为上升流 ,近表层为离岸流 ,其在外海有明显的下降趋势 ,沿岸上升流自底层至表层逐渐由弱变强。就整个沿岸海区而论 ,冬季沿岸下降流和夏季沿岸上升流的强度都随着岸界地形坡度、风速及风向与岸线偏角的变化而变化。沿岸下降流形成的主要原因是由于冬季东北风与岸界地形的耦合效应及海区温盐分布不均匀所致 ,而沿岸上升流形成的主要原因则是由于夏季西南风与岸界地形的耦合效应及海区温盐分布不均匀所致。