1971-2013年环渤海地区风速的时空特征

基于环渤海地区60个站点1971-2013年日序列最大风速数据,采用线性倾向估计、Mann-kendall检验、反距离加权插值、小波分析等方法,分析了近年来环渤海地区风速的年、季节的变化趋势及其空间分异等特征。结果表明:(1)环渤海地区年均最大风速为6.35 m·s^-1,并以0.423 m·s^-1的年代变化速率呈显著的下降趋势。区内除承德、丰宁和阜新站点呈略微上升趋势,其余站点均呈下降趋势,整体上表现为南部下降幅度高而北部下降幅度低。四季最大风速也均呈显著的下降趋势,冬、春季的最大风速对全年趋势演变贡献率较大。(2)偏北风(尤其是北西北风)和偏南风(尤其是南西南风)是本区的主要风向。春、夏两季以偏南风为主要风向,秋、冬两季则以偏北风为主要风向。(3)环渤海地区最大风速减少的主要原因是各站点日最大风速为5级及以上的发生频率分别以0.912、0.671、0.271、0.076 d·a^-1的速率呈下降趋势;大风频率也以1.019 d.a^-1的速率呈下降趋势。冬半年是本区大风日数相对较多的时段,春季尤甚。(4)本区多数地区属大风较少区和较多区,其中大风较多区的站点最多(31个),而大风频发区的站点最少(仅4个)。位于大风较少区的站点数增长迅速,而大风较多区、多发区和频发区的站点数则均呈现下降趋势。最大风速与大风日数均具有25～30 a的显著振荡周期。     

我国风蚀区风速日变率时空变化特征

基于我国风蚀区239个气象站点逐时风速数据,采用谐波分析方法分析我国风蚀区风速日变率特征。结果表明：85.3%的站点有且只有第一个谐波通过F检验,日变率以24 h为周期;14.2%的站点第一和二个谐波通过检验,日变率以24 h为主周期,以12 h为副周期;西藏墨竹工卡站第一和三个谐波通过检验。日平均风速变化范围为0.96~8.36 m·s^-1,均值为2.42 m·s^-1;风速>3 m·s^-1站点集中分布在内蒙古北部高原、青藏高原地形平坦的高原区、甘肃河西走廊及新疆东北部。季节风速表现出春季 > 冬季 > 夏季 > 秋季的特征;第一个谐波振幅变化范围为0.28~3.28 m·s^-1;相位变化范围为-1.55~4.67,集中在3.21~4.67,表明大部分站点在午后风速值达到最大。研究可为逐时风速的随机模拟提供基础,进而为风蚀区风蚀量估算提供更好的数据支撑。     

基于高分辨率模式的京津冀地区无人机航路风向风速模拟分析

随着中国低空空域的陆续开放,依靠现有的低空飞行气象保障技术为低空安全飞行提供服务略有不足,对飞行影响最大的风进行预报也有一定的困难。论文基于WRF(Weather Research and Forecasting Model)中尺度数值模式,对2015—2019年京津冀地区的风速风向进行模拟,并将模拟结果与气象站观测数据进行对比分析,可为该地区无人机低空航路飞行安全提供保障。结果表明:WRF模式能够较好地模拟风速的季节变化趋势,平原地区的模拟效果优于山区,山区模拟的风速偏大,但误差在可接受的范围内(RMSE<1.5 m·s^-1)。平均风速、最大风速最小值均出现在夏末,平均风速最大值出现在春季(山区4.43 m·s^-1、平原4.13 m·s^-1);最大风速在冬、春、夏初呈波动递增,夏季中旬开始减少,夏末秋初降至最小。京津冀地区风速呈西北向东南递减,泊头站(-0.02 m·s^-1·(5 a)^-1)和天津站(-0.02 m·s^-1·(5 a)^-1)平均风速呈下降趋势,其余站点风速呈上升趋势,唐山站上升率最大(0.08 m·s^-1·(5 a)^-1);在风速季节空间分布中,平均风速以上升趋势为主,站点所占比例为春季45.45%、夏季90.91%、秋季63.63%、冬季81.81%。平原地区盛行风呈东北—西南向;山区站点怀来站风向以WNW(18.70%)和W(15.01%)为主,蔚县站风向以N(16.79%)和NNW(12.03%)为主,相较于平原地区,山地地区风速8.0 m·s^-1的大风数量显著上升。1000 m高度的平原地区大风出现频率显著增加,增长速度高于山地地区,不利于无人机飞行,风速17.0 m·s^-1以上出现的概率明显高于山地地区。     

ERA-Interim再分析和NCEP FNL分析资料在东南极中山站至Dome A断面的适用性研究

利用2008年南极中山站至Dome A断面上观测站的近地面气象观测资料对ECMWF ERA-Interim再分析和NCEP FNL分析资料在东南极地区的适用性进行了验证。结果表明,ERA-Interim再分析资料的气温表现明显优于FNL分析资料,其与观测的年均绝对偏差在南极大陆沿岸地区1℃,在内陆高原2℃;而FNL分析资料的气温在南极内陆高原地区较观测明显偏暖,尤其在冬季偏暖达8—10℃,表明其不能直接用于南极内陆高原气温的变化分析。FNL的地面气压与观测比较接近,逐月平均偏差仅约1 h Pa,其精度明显高于ERA-Interim再分析资料的地面气压,而后者在沿岸地区存在明显的系统性偏低。ERA-Interim和FNL的近地表风速、风向差异不显著,其与观测的年平均、季节平均绝对风速偏差在沿岸和下降风区1 m·s-1,在内陆高原约2—4 m·s-1,年平均风向绝对偏差10°。     

塔中一次雷暴降水天气过程边界层风场变化特征

雷达资料可以直观地显示雷暴降水过程随时间变化风场的垂直结构以及各高度层风向风速随时间变化特征,能较好地监测到低空急流以及降水粒子的垂直速度。利用风廓线雷达探测资料对2010年7月12日塔中一次雷暴降水过程中的边界层三维风场进行分析研究。结果表明：雷暴降水过程低层风速增大,高层风速减小;上空存在低空急流,平均风速达17.1 m·s-1;雷暴时段,下沉气流垂直速度3.0 m·s-1左右;降水时段,降水粒子平均下沉速度5.1 m·s-1。     

1960-2013年南北疆风速变化特征分析

利用较为均匀分布在新疆的45个气象站1960-2013年平均风速数据,通过气候趋势分析、气候突变分析、Morlet小波分析、Pearson相关分析等方法,研究近50 a来南北疆平均风速变化特征,结果表明：（1）1960-2013年南北疆地区年平均风速分别以0.15 m·s^-1·（10 a）^-1和0.14 m·s^-1·（10 a）-1的速率显著降低,1960-1990年南北疆年均风速分别以0.21 m·s^-1·（10 a）和0.18 m·s^-1·（10 a）^-1速率降低;1991-2013年北疆以0.01 m·s^-1·（10 a）^-1的速率下降,而南疆却以0.17 m·s^-1·（10 a）^-1的速率上升,各季节风速变化趋势与年序列相似。（2）四季中,南北疆的年递减率均是夏季最为显著,北疆是冬季变化不明显,而南疆其余各季节相差不大。（3）从空间分布上显示,北疆各站点总体较南疆明显,低海拔区递减幅度较大。（4）风速的长期变化具有一定的突变性,南北疆的平均风速均在1980年前后出现明显的突变点,从各季节平均风速来看,北疆春、夏、秋季突变出现的时间稍早于冬季,南疆春季突变出现的时间稍早于夏、秋和冬季。（5）Morlet小波分析结果显示,南北疆风速变化均存在4 a、8 a及15～20 a左右的变化周期,春夏秋冬各季节表现出强弱不一致,体现出季节性变化。（6）城市化发展对风速的变化产生了一定影响,但不是风速显著下降的主要原因,大气环流变化和气候变暖才是造成风速减小的可能原因。     

气象因子对乌鲁木齐市一次重污染天气过程影响研究

利用大气质量的观测资料和气象要素的数据,详细分析了2015年冬季乌鲁木齐市一次重污染天气的主要气象因子和空气质量特征。研究结果表明：在污染过程中,风速的变化趋势：减小-增大-减小（平均风速0.9~2.5 m·s^-1）;风向的转化趋势：东南风-东北风-西北风-西南风-东北风;湿度增大-减小-增大;大气混合层厚度的变化趋势：降低-升高-降低。同时,通过SPSS12.0分析了空气污染前后风速,湿度和PM_2.5质量浓度的相关性。PM_2.5质量浓度与风速呈显著负相关,与湿度呈正相关。风速与PM_2.5质量浓度间通过了显著性水平为0.01的相关性检验。表明乌鲁木齐市的气象因子（风速）对当地大气污染影响十分明显。     

1962-2016年阿勒泰地区风速变化分析

利用阿勒泰地区6个气象站点1962-2016年平均风速日值数据资料,采用滑动趋势分析、Mann-Kendall突变检测、Molet小波分析、ArcGIS中插值等方法,研究近55 a来阿勒泰地区平均风速的变化趋势。分析表明：（1）阿勒泰地区风速整体呈显著下降趋势,平均以0.021 1 m·s^-1·a^-1的速率逐步降低,四个季节风速变化趋势与全年一致,其中,夏季下降最突出,递减率为-0.025 4 m·s^-1·a^-1。（2）平均风速空间分布差异明显,总体表现为自西向东逐渐降低。（3）Molet小波分析显示,全年及四个季节平均风速变化均存在25~28 a变化周期,春、夏、秋、冬季表现强弱不同,体现出季节性差异。（4）全区年平均风速于1990年发生突变,但不同季节突变年份存在较大差异,春季、夏季和秋季平均风速突变分别发生在1994年、1993年和1990年,而冬季发生在1983年。（5）城市化进程不是风速显著降低的关键原因,相对于城市化进程,大气环流的变化可能是引起阿勒泰地区风速降低的关键因素。     

中国北方典型沙尘天气特征研究

 根据API、风速、风向及相关气象数据初步研究了中国北方两次典型沙尘天气的天气特征。两次沙尘天气过程中极大风速大于7.2 m·s-1的气象站占88%。2005年4月27日极大风速超过17.2 m·s-1的气象站有31个,出现频率最高的风向为西西北,28日达到81个,风向为北风,极大风速高值区由内蒙古中东部向东北方向迅速扩大。2007年3月30日极大风速超过17.2 m·s-1的气象站有57个,31日达到68个,风向均为西西北,极大风速高值区分布较为稳定。受沙尘暴影响的地区API显著升高。2005年4月28日呼和浩特、大同、北京3个城市的API分别为418、500、500。2007年3月31日呼和浩特、赤峰、大同3个城市的API分别为500、500、423。对PM10与气象因子的相关性进行分析得出,沙尘暴期间,大气中可吸入颗粒物的浓度与风速存在显著的正相关关系,风速越高的地区,可吸入颗粒物的浓度越大。     

不同数据源下毛乌素沙地风况及输沙势特征

风是干旱、半干旱区风蚀风积地貌发育的动力基础,我们通常使用风速资料探讨区域风况,但选取不同的风速资料研究同一区域风况时结果存在差异。以毛乌素沙地为例,分别选取中国气象数据网（CMDC）的日最大风速及风向与美国国家气候数据中心（NCDC）的日8个定时观测风速及风向,对比分析起沙风特征。结果表明：（1）毛乌素沙地平均起沙风速相差较小,但起沙风频率明显在CMDC数据源中较高;（2）毛乌素沙地年起沙风向均以WNW、W和NW为主,但年起沙风次风向、不同区域夏季和秋季起沙风次风向组成均在CMDC数据源中较复杂,且起沙风主次风向频率均在CMDC数据源中较高;（3）毛乌素沙地整体均属于低风能环境,中等风向变率,锐双峰或宽单峰风况,但以最大风速计算的年输沙势约是以定时观测风速计算结果的3.3倍。基于两套数据源定量对比分析毛乌素沙地风况及输沙势,这对区域风况研究是一种新的尝试,以期提高对不同数据源提供的风速差异的认识,为今后不同区域的起沙风分析提供一定的参考。     

罗斯海难言岛地区近地面层风场特征分析及数值模拟

本文介绍了中国第3座南极常年考察站新站址候选地——罗斯海难言岛的基本信息。通过对设在其上的自动气象站的观测数据分析表明,近地面风场主要由下降风控制,西-西北风是6级以上大风的主要风向,最大风力可达12级以上,1月、11月、12月是平均风力较小的三个月份。通过分析基于CFSR海冰资料的Polar-WRF模式模拟结果发现:Polar-WRF模式能模拟出和实测资料十分一致的下降风风场,分辨率越高越能更好的模拟出下降风的特点。难言岛附近强劲的西-西北向下降风是地形强迫的结果;来自Reeves冰川的气流是下降风的主要来源。大风的水平分布范围约为50 km。海拔1 400—300 m为下降风的加速关键区,风速最大的地方在海拔300 m高度的陡坡附近,下降风在抵达难言岛时,由于地面摩擦作用,风力已经有一定的衰减。模拟风场可以对观测资料做出有益的补充。     

北部湾沿海基本风压和阵风风压分析

利用北部湾沿海7个气象站建站至2008年最大风速资料,采用指数律风速廓线公式和"时次换算"方法订正最大风速,得到长年代10m高处10min平均年最大风速序列;采用极值I型分布估算北部湾沿海各地50年一遇最大风速,通过伯努利方程计算基本风压。结果表明:北部湾沿海的基本风压以涠洲岛最大,达1.13kN/m2;其次是东兴、北海,分别为0.59和0.58kN/m2;第三位是防城港和合浦,分别为0.49和0.47kN/m2;最小是防城和钦州,分别为0.39和0.33kN/m2,表明越靠近海的地方基本风压越大。利用建站至2008年的极大风速资料对北部湾沿海的阵风风压进行分析,发现阵风风压分布特点与基本风压相同,而且阵风风压比基本风压大,海岸区域的阵风风压约为基本风压的2倍,涠洲岛则是1.54倍。     

科尔沁沙地西部横向沙丘间的风况和输沙势

以科尔沁沙地西部一处典型横向沙丘群为研究对象,在沙丘顶部、丘间走廊和迎风坡脚各布设一套自动气象站,对流动性的横向沙丘群内部的风况进行了连续16个月的实地观测。为有效说明沙丘群外围气象站是否能真实反映沙丘群内部实际风况特征,从翁牛特旗国家站获取了同时段风况的小时数据。结果表明：（1）丘间走廊年内主导风向为SW,与迎风坡脚基本一致但频率更高,相对于沙丘顶部（WNW）和翁牛特旗（NW）而言,风向大角度向左偏转;（2）丘间走廊年内平均风速为3.28 m·s^-1,春季平均风速可达4.74 m·s^-1,瞬时风速大于起沙风速;丘间走廊会发生较强烈的风沙活动,这对塑造丘间走廊完整形态、形成稳定的横向沙丘群空间格局具有重要作用;（3）利用日均值计算丘间走廊的输沙势为37.94 VU,低于沙丘顶部94.54%,高于翁牛特旗86.99%,由此可知,沙丘群外围气象台站测得的风况数据不能真实反映沙丘群内部风沙活动的实际情况。为更精确地估算沙丘群内部的真实输沙状况,建议至少在沙丘顶部和丘间走廊各布设一套全自动气象站进行联动观测。本研究对于揭示沙丘群落整体风况变化规律和沙尘灾害防治具有重要的理论和技术支撑价值。     

风速分辨率对土壤风蚀模数计算结果的影响

风是土壤风蚀的驱动力,风力直接影响土壤风蚀的强度。风速是土壤风蚀预报模型的主要输入参数,高时间分辨率和高空间分辨率的风速数据能提高模型模拟效果。为对比风速处理方法及风速数据时空分辨率对模型模拟结果的影响,基于修正风蚀模型（RWEQ）评估该模型对于各输入参数的敏感性,分别选取中国北方农牧交错带内130个气象站（基准气候站和基本气象站）中不同类型及不同数量的气象站数据,利用线性插值法和风蚀预报系统（WEPS）的WINDGEN风速生成法将1日4次风速数据和1日2类风速数据生成24 h风速数据输入模型,结合1日4次风速数据直接输入模型构建了不同气象站数量及不同风速数据类型的6种模拟情景,计算了研究区在不同模拟情景下的潜在风蚀模数。结果表明：RWEQ模型估算的区域潜在风蚀模数会随气象站点的数量和风速时间分辨率的提升而增加;风速数据的线性插值方法在RWEQ模型中应用效果不理想,与WEPS模型的WINDGEN风速生成方法相比,线性插值法使地面2 m处大于临界起沙风速（5 m·s^-1）的风速频率降低,过低估计潜在风蚀模数和区域土壤风蚀状况。     

1950~2011年渤海地区海表风场的季节特征与多尺度变化分析

基于1950~2011年的NCEP/NCAR再分析资料,对渤海10 m风场的风速与风向变化进行多尺度分析。利用小波分析、交叉谱分析等方法对渤海海域的海表风速、风向的变化趋势以及周期进行研究。分析发现：渤海地区海表风的风向与风速除了存在显著的季节性变化特征外,在年际、年代际的变化尺度上也有明显的周期性。风向存在1 a、8.7 a、15.8 a的显著周期,风速存在1 a、6.3 a、15 a的显著周期。风向与风速在时间尺度分别为20 a、5.71 a、2.67 a时存在显著共振周期;共振周期受东亚季风、西太平副热带高压的年际、年代际变化的影响呈现出多尺度变化周期。     

新疆夏季降水时空分布的适用性评估

新疆气象站点稀疏且分布不均,高精度时空气象数据缺乏。基于数据同化的再分析资料,可成为解决这一问题的有效途径。利用美国国家环境预报中心再分析数据(CFSR)、欧洲中期数值预报中心再分析数据(ERA-Interim)和美国国家航空航天局再分析数据(MERRA)中的降水数据,分别与1979-2007年新疆气象观测数据和日本气象厅高分辨率亚洲陆地降水数据(APHRO)进行数理统计分析,评估了这3套再分析数据在新疆的适用性。3套再分析数据可有效表征新疆大部分地区年内降水的时空分布特征,夏季降水偏差小于100%;但未能捕捉到夏季降水的长期趋势。夏季降水的偏差与高程具有显著的相关性,这可为订正3套再分析数据、提高降水数据的精度提供技术支撑。     

中国西北干旱区地-气温差变化成因分析

利用1961—2000年中国西北干旱区49个气象台站百叶箱气温、0 cm地温、降水和近地层风速月平均资料,以及NCEP/NCAR再分析月平均资料,分析了我国西北干旱区地-气温差变化的原因。结果表明,20世纪后40 a西北干旱区冬季地-气温差呈减小趋势,其可能原因是20世纪80年代后全球进一步变暖,西北干旱区对流层中层高度场升高、气温升高,风场易出现反气旋式环流距平,寒潮活动减少,近地层风速减弱使得气温增暖高于地温。而春初对流层中层高度场偏低时,气温偏低,降水偏多,风场易出现气旋式环流距平,近地层风速减弱使得气温增暖低于地温,所以春初地-气温差呈上升趋势。     

东南极大陆边缘地区夏季近地面层风场特征分析

本文介绍了“2007-2008国际极地年”期间在南极东部大陆边缘伊丽莎白公主地区进行的风场结构观测实验。自动气象站(Automatic Weather Station,AWS)观测数据的统计分析结果表明,夏季该地区冰盖上的近表面风场主要是由下降风控制,而沿海地区的风场则由于海陆热力学性质的差异呈现出冰盖下降风与局地海陆风交互作用的特点。个例研究表明在冰盖下降风占优时段内,伊丽莎白公主地区的近表面风场具有相当规律的日变化特征,太阳人射辐射规律的日变化是这一现象出现的根本原因。多普勒声雷达对风场垂直结构的观测表明,150 m以下的各高度水平风矢量的变化特征与近地面层风场近似一致,冰盖下降风和海陆风旺盛阶段,偏东风和偏西风的高度可达650 m之高。