两种背景场改进方案对新疆“狭管”风区风场预报性能评估

为了客观评价Wind Energy Resource Assessment System /CMA(简称WERAS/CMA)系统(CTL方案)和将其中的客观分析法改成四维同化系统(简称FDDA方案)对既受狭管效应影响、又受湖陆风影响的阿拉山口和达坂城-小草湖风区起伏下垫面中的风能资源数值模拟的优劣,根据2009年7、10月和2010年1、4月 12UTC的NCEP再分析资料以及同期CMACAST下发的WMO各种常规观测资料开展了风场预报效果对比实验。结果表明:(1)对复杂区域而言,两种方案比过去单纯只用中尺度模式进行风场模拟的平均相对误差至少减小10%;(2)总体而言,两种方案对70 m高度处的风速模拟误差要大于30、50、100 m处的误差,在受多种环流尺度影响区域,模式在刻画平均风速/风向频率廓线方面的缺陷均极其相似;(3)在70 m高度上,两种方案5 m·s^-1以内的风速平均相对误差可达60%～130%,>5 m·s^-1的误差可控制在15%以内;对受湖陆风影响区域的模拟误差明显偏大,误差大小与湖陆风效应的季节变化有关; (4)两种方案均能抓住70 m左右高度上不同等级风速段的气候背景,对达坂城风区5～15 m·s^-1风速段的Ts预报评分可达0.6～0.7,对阿拉山口和小草湖风区≤5 m·s^-1风速段的Ts预报评分分别可达0.6～0.7和0.9左右。然而,对达坂城风区≤5 m·s^-1风速段的Ts预报评分仅0.3～0.4;(5)两种方案对所有风区需采取停机保护措施的、15 m·s^-1以上强风预报的Ts评分仅在0.4～0.6;(6)同一测风塔不同高度上,FDDA方案对风的预报效果不一定总优于CTL方案,但在70 m高度上,FDDA总体略优于CTL;即使同一风区,各个测风塔之间两种方案的预报效果也是因局地多尺度环流影响的不同或因预报的高度不同或预报季节的不同而异,这种预报误差差异的机理还有待探究。     

多种风电场风速预报订正方法的适用性研究与集成应用

以内蒙古中部某风电场为实验风电场,采用随机森林（Random forest,RF）方法、相似误差订正（Analogue correction of errors,ACE）方法以及概率密度匹配方法（Probability density function matching method,PDF）分别对风电场风速预报进行订正及适用性研究。结果表明：3种方法在各季均对中尺度天气预报模式（Weather research and forecasting model, WRF）风速预报具有不同程度的订正效果,RF方法可以有效改善WRF误差较大的问题,但兼具误差过分放大情况,ACE方法和PDF虽然对较大误差的改善能力不及RF方法,但是能够较好地控制误差过分放大问题。此外,3种方法针对小于5 m·s^-1的小风速段,订正效果不理想,随着风速的增加,订正能力逐渐增强。参照预报模型各自的优势,尝试开展多种预报模型的分风速等级集成应用,可以对不同风速等级下的WRF预报起到较好的改善作用。     

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。     

柴达木盆地东缘地区风资源变化特征(英文)

基于风资源梯度自动观测系统,对柴达木盆地东缘地区风资源时间变化及空间分布特征进行了分析,结果表明:(1)研究区域具有较为丰富的风资源,3-25 m s-1之间风速累计时数平均超过6600h,也即275d,超过全年总时数的75%。从各梯度来看,随高度增加累积时数总体增加,小风时越往低层风速累计时数越大,大风时越往高层风速累计数越大;各分析站点中戈壁(GB)<3 m s-1风速时数相对最高,诺木洪(NMH)相对最低,≥3 m s-1风速时数正好相反;有效风速累计小时数小灶火(XZH)各梯度间差异不大,戈壁(GB)总体相对最小。(2)各梯度优势风速谱域基本处在3-9 m s-1范围,峰值风速出现在4-6 m s-1之间;除10 m梯度外,其余各梯度风速频率分布差异不大。相比较其它各层,10 m高度层小风出现频次较高,其余层6-12 m s-1的风速出现频次较高。(3)从不同方位风速及风功率密度情况来看,除戈壁(GB)外,总体优势风为西北风;除诺木洪外,总体风速差异不大。(4)随高度增加风速和风功率密度逐渐增大;但各站点之间差异较大。从逐月情况来看,小灶火(XZH)5-8月份平均风功率密度较大、诺木洪(NMH)和戈壁(GB)分别在4月和8月呈现出两个峰值、快尔玛(KEM)则在冬春季节风资源较丰富,而在夏季较贫乏;从逐小时情况来看,小灶火(XZH)和诺木洪(NMH)呈现出伴随地面温度升高风功率密度逐渐降低的趋势,戈壁(GB)和快尔玛(KEM)则正好相反。(5)各层风平均湍流强度为0.199,平均切变指数为0.075,自10-70m梯度湍流强度和切变指数总体自低层到高层逐渐降低。时间变化情况为,湍流强度与当地气温变化趋势基本一致,即高温对应高湍流,低温对应低湍流;切变指数变化趋势基本与湍流强度相反;各梯度间湍流强度自低层向高层递降,切变指数在10-30m层间最明显。各站点各层次湍流强度基本在0.1-0.25之间,属中等强度;切变指数各站点各层之间差异较大,总体小灶火(XZH)最小,诺木洪(NMH)最大,而且小灶火(XZH)底层为正切变,高层为负切变。期望通过本研究为该地区风电场布设及近地面层风能资源利用提供技术依据。     

风电场风速规律分析及风电功率预报方法研究

利用陕西省某一风电场区域内的观测资料,分析了该风电场的风速规律,并引入最优训练期方案,研究利用线性回归方法建立风电功率预报模型的可行性。结果表明:该风电场区域,不同高度的风速及其高度间的风速差异均表现出最大值出现在夜间,最小值出现在白天,从低层到高层的风速日变化趋势一致的特征。一日中,风速与风电功率在09:00～17:00时段的相关系数明显小于其它时段。按照风速是否大于5 m·s-1将训练期观测样本分为2组,可以明显改善风速与风电功率的回归关系。以风机轮毂高度处的风速作为预报因子,并引入风电功率与风速之间相关系数的日变化规律、以及不同风速量级下风速与风电功率之间回归关系的差异性,采用最优训练期方案和一元线性回归方法建立的风电功率预报方程,具有预报误差小和最优训练期短的特点,满足实际业务需求。     

韩江中上游地区的崩岗分布特征

选取韩江中上游地区2016—2022年的Sentinel-1/2卫星星座遥感影像和其他辅助数据,基于机器学习方法进行区域尺度的崩岗识别和崩岗影响因子测度。结果表明：1）分类模型的总体精度达到84%,Kappa系数为0.8。其中,崩岗识别的用户精度和生产者精度都超过95%,且其FScore为0.97。2）截至2022年,韩江中上游地区的崩岗侵蚀面积共有435.5 km2,各县（市、区）崩岗侵蚀面积差异明显,年变化趋势不一。其中,五华县崩岗侵蚀面积最多（199.2 km2）,其年平均变化率为16.29 km2/a。梅江区崩岗侵蚀面积最少（1.6 km2）,其年平均变化率为0.18 km2/a。3）韩江中上游地区崩岗发生概率与高程、坡度、植被覆盖、地质类型、人口密度、大气压、降雨量、经向风速、纬向风速和风速等10个因素存在显著相关性（P<0.001）。在一定的变化范围内,高程、坡度、地质类型、大气压、经向风速、纬向风速和风速对研究区崩岗发生为正向影响,植被覆盖、人口密度和降雨量对崩岗发生为负向影响。     

基于MM5模拟试验的新疆风能资源统计订正初探

 应用MM5模式以及1°×1°的NCEP再分析资料,对新疆风能资源“代表年”进行了3 km×3 km分辨率的模拟试验,同时将10 m高度的模拟值与气象站10 m高度的实测值进行了对比。结果表明：(1)模式能较真实反映年、月平均风速大小的空间分布特征,但存在一定的系统性偏差,且偏差的大小具有明显的月际变化特征与地域性变化特征。平均来说,夏半年的偏差幅度小于冬半年,大风区的偏差幅度明显小于非大风区,达坂城-小草湖风区、哈密东南部风区、三塘湖-淖毛湖风区的模拟偏差最小。(2)对各风区逐小时平均风速模拟值进行线性回归订正,虽能有效减小有些风区模拟与实测值间的风速偏差,但对有效风速小时数的订正效果极其有限,订正后的偏差仍具有随机性。（3）以月为单位,通过对逐小时平均风速模拟值立方的回归订正可有效减小年平均风功率密度的模拟误差,同时模式中逐小时的空气密度可直接以观测点的月平均空气密度取而代之。该试验不仅对近期新疆已经完成的风能资源详查与综合评价中有关中尺度模式参数化方案的最优组合选择和水平分辨率的调整具有现实意义,而且也为如何提高风电功率短期预报的精准性提供了研究素材。     

安康水电站精细化降水预报的检验

降水精细化数值预报模式的发展是开展精细化降水预报业务的理想途径,而模式本地化中的误差评估是当前开展业务应用的重要环节。基于此,运用误差分析、晴雨预报准确率、降水TS评分方法评估陕西精细化数值预报攻关团队提供的2016年5月1日~9月30日安康水电站降水预报。结果表明：随着降水时效的增长,降水的预报准确率呈减小趋势;大雨以上的降水过程预报较好且未出现漏报,但量值与实况有差异,预报值小于实况值;20时起报的预报准确率大于08时起报的准确率且夜间的高于白天;降水日数多的月份TS评分预报准确率高于降水日数少的月份。比较安康和石泉的结果发现,安康的预报准确率明显优于石泉,主要原因是安康降水日数比石泉多,且大的降水过程比石泉少。逐1 h、3 h的72 h以内的降水预报可以为安康水电厂水利调度提供参考。     

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。     

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。     

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。     

EQUILIBRIUM AND NONEQUILIBRIUM CONDITIONS IN DRYLAND RIVERS

Rivers in drylands typically are characterized by extreme flow variability, with long periods of little or no flow interspersed with occasional large, sometimes extreme, floods. Complete adjustment of river form and process is sometimes inhibited, resulting in a common assumption that equilibrium conditions may rarely, if ever, exist in dryland rivers, and that transient and unstable (nonequilibrium) behavior is the norm. Examples from the Channel Country and the Northern Plains in central Australia challenge that notion. Along the middle reaches of these intermediate and large, low-gradient rivers, where long duration floods generate moderate to low unit stream powers and boundary resistance is high as a result of indurated alluvial terraces, cohesive muds or riparian vegetation, there is evidence that: (1) channels have remained essentially stable despite large floods; (2) sediment transport discontinuities, while present at a catchment scale, are largely insignificant for channel form and process in individual reaches; (3) there are strong correlations between many channel form and process variables; and (4) many rivers appear to be adjusted to maximum sediment transport efficiency under conditions of low gradient, abundant within-channel vegetation and declining downstream discharge. In these middle reaches, rivers are characterized by equilibrium conditions. However, in the aggradational lower reaches of rivers on the Northern Plains, where upstream terraces are buried by younger sediments and channels are less confined, nonequilibrium conditions prevail. Here, channels sometimes undergo sudden and substantial changes in form during large floods, sediment transport discontinuities are readily apparent, and landforms such as splays remain out-of-balance with normal flows. Hence, dryland rivers can exhibit both equilibrium and nonequilibrium conditions, depending on factors such as catchment size, channel gradient, flood duration, unit stream power, channel confinement, sediment cohesion, and bank strength. [Key words: dryland rivers, floods, equilibrium, nonequilibrium, central Australia.]     

冰雪区局地环流及气候特征探讨

本文以西昆仑山崇侧冰帽区为例,根据大量观测资料,讨论了冰川存在对其所在地区气候的影响。得出冰川风是影响冰雪区气候特征的重要因素,是冰-气作用中的一个主要因子。这里的冰川风是一种独成体系的局地环流,它既不同于山谷冰川上出现的冰川风,也不同于山谷风。其强度随着离开冰雪区距离的增长而减弱。在冰雪区前缘地带形成风向、温湿度急剧变化区,使温度梯度从非冰川区到冰川区发生大的变化。     

可移动式环境风洞气动特性测试与评价

对中国科学院新疆生态与地理研究所新建的可移动式环境风洞进行了流场测试,分析评价该风洞气动特性,期望对今后的风洞实验开展有所指导。本实验在室内进行,在空洞条件下,用皮托管测量不同风速下（7 m·s-1,12 m·s-1,16 m·s-1）实验段截面风速分布沿流向的变化,测试内容包括风洞实验段的气流稳定性、横向均匀性、紊流度、边界层厚度的分布规律,并与其他环境风洞相比较。结果显示,该风洞气流稳定性系数小于1%,横向不均匀度小于2.5%,紊流度在1%左右,底板边界层和侧壁边界层分别为15 cm和10 cm,表明该风洞使用效果良好,设计合理。     

太平洋风应力平均场的特征

本文利用迄今世界上最完善精细的全球综合海洋大气资料集（ＣＯＡＤＳ）提供的风场资料，计算了１９４９—１９８７年近４０年平均网格为５°×５°的太平洋海域逐月风应力场，并分析了各纬度带平均纬向和经向风应力的逐月变化以及１、４、７和１０月的风应力场的分布特征。风应力的计算采用整体空气动力学公式，其中曳力系数的计算是以Ｂｕｎｋｅｒ给出的曳力系数随风和海气温差变化的数表为基础，用最小二乘法，考虑了大气层结热力影响和风切变的动力影响，拟合了一个二次多项式。计算结果表明其精度和实用性都较好。     

若干特殊地表风蚀的风洞实验研究

经风洞模拟实验,本文对四种特殊地表在净风和挟沙风情况下的风蚀特性,进行了定量的研究。揭示了原始地表结构受人为破坏后,其抗风蚀能力急剧降低的特点。探讨了风成沙粒配、戈壁风蚀平衡与风蚀有关的几个问题。     

云南大理风廓线结构随雨季进程的演变特征分析

利用大理国家气候观象台2008年4月至6月的风廓线雷达观测数据,分析风廓线结构在雨季进程的演变特征,发现随着雨季的进程风速逐渐减小,风速振幅逐渐变小,高空自由大气动量下传效应逐渐减弱,高层大气有明显的转变,西风减小,北风增强;大气低层风速日变化雨季前明显,随着雨季的到来逐渐减弱,雨季风速日变化不明显。通过这样的分析对研究边界层风的季节变化具有重要的意义。     

Directional Characteristics of Potentially Damaging Wind Gusts in the Southeast United States

Annual estimated storm damage in the United States is seven billion dollars. Much of that damage is caused by tree blowover that is induced by high wind gusts. The prevailing directions of these wind gusts dictate the zones around structures in which trees may potentially fall and cause damage. To gain a better understanding of hazardous wind gusts, this research examines the directional component of wind gusts in the Southeast United States. Regional patterns of wind gusts are identified and tied to atmospheric and terrestrial patterns. Results indicate the following: (1) gusts along the northeast coast of the study area are bidirectional, being from the northeast and southwest; (2) the southeast coast has a predominantly westerly component to the gusts with little impact from the east; (3) the Piedmont is strongly influenced by westerly gusts, but an easterly component increases gradually to the northeast; and (4) high gusts in the mountains demonstrate a strong relationship with the regional and local topographic characteristics.     

东北地区风能资源空间分布特征与模拟

利用东北地区104个气象站1991~2010年观测资料和70个测风塔2009年6月~2010年5月测风资料,进行了风能资源空间分布特征分析,并利用中尺度模式WRF进行风能资源空间模拟,以研究观测站点稀少地区的风能资源分布特征。研究结果表明:1东北地区气象站和测风塔揭示的大风区域主要分布在平原和丘陵的高海拔地带。2中尺度模式WRF能够较好地模拟东北区域风速分布的气候特征,模拟结果既反映出平原大面积的大风区域,也可反映出山区因地形起伏造成的风速空间分布差异。3对风能资源参数模拟结果进行海拔高度订正,可以进一步提高模式计算结果的准确性和可靠性。4松嫩平原、辽河平原、三江平原70 m高度年平均风功率密度在300~500 W/m2之间,属于风能资源可利用区或较丰富区;在辽宁省西部、吉林省中部和黑龙江省中部丘陵以及东北地区东南部的呈东北-西南走向的中高山区的70 m年平均风功率密度可达300 W/m2以上,局部地方可达500 W/m2以上,风能资源丰富。     

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。