Changes in Wind Speed and Extremes in Beijing during 1960–2008 Based on Homogenized Observations

Daily observations of wind speed at 12 stations in the Greater Beijing Area during 1960–2008 were homogenized using the Multiple Analysis of Series for Homogenization method. The linear trends in the regional mean annual and seasonal (winter, spring, summer and autumn) wind speed series were-0.26,-0.39,-0.30,-0.12 and-0.22 m s-1 (10 yr)-1 , respectively. Winter showed the greatest magnitude in declining wind speed, followed by spring, autumn and summer. The annual and seasonal frequencies of wind speed extr...     

气候变暖背景下中国地面风速变化研究进展

气候变暖背景下,中国地面风速在过去几十年整体呈减弱趋势,对风能资源开发产生了显著影响。近50年来,中国地面风速平均减小速率为0.10~0.22 m·s-1/（10 a）,但存在明显的季节、区域和风速段差异。作为地面风的主要驱动力,对流层低层气压梯度力整体呈减弱趋势,这主要是全球变暖背景下欧亚大陆与西太平洋之间以及欧亚大陆高/低纬度地区之间的热力差异减弱所致。东亚季风的年代际变化特征和地面风速变化密切相关,其变率受到不同时间和空间尺度气候因子的影响,其中西伯利亚高压减弱是东亚冬季风减弱的主要因素,而东亚夏季风的年代际减弱主要是由于太平洋年代际振荡与北大西洋多年代尺度振荡分别向暖/冷相位的转换。研究表明：未来随着温室气体排放量增加,中国地面风速减弱趋势将更显著,这将促进低风速风电技术的发展和中低纬度地区风能开发。     

1960-2019年山西省地面风速变化分析

利用山西省1960—2019年108个地面气象观测站的风速观测资料,采用线性拟合、M-K检验等方法分析了近60年山西省地面风速的变化特征。结果表明:山西省晋西北及西部山区、晋中市北部、长治市东南部、运城盆地西南部等地风速较大,中部断陷盆地区风速较小;春季风速最大,冬季和夏季次之,秋季最小;近60年山西省年和四季平均风速变化趋势和阶段特征较为明显,20世纪60—70年代前期,风速为增加趋势,之后到80年代末期减少趋势明显,90年代开始风速减少趋势变缓;而冬季风速则自1990年之后显著增加。经M-K检验可知,年、春、夏和秋季平均风速突变时间点均在20世纪80年代初,年和秋季在1982年、春季和夏季在1984年;冬季则没有显著突变发生。     

Changes in Seasonal Cycle and Extremes in China during the Period 1960–2008

Recent trends in seasonal cycles in China are analyzed, based on a homogenized dataset of daily temperatures at 541 stations during the period 1960–2008. Several indices are defined for describing the key features of a seasonal cycle, including local winter/summer (LW/LS) periods and local spring/autumn phase (LSP/LAP). The Ensemble Empirical Mode Decomposition method is applied to determine the indices for each year. The LW period was found to have shortened by 2–6 d (10 yr)-1, mainly due to an earlier end to winter conditions, with the LW mean temperature having increased by 0.2°C–0.4°C (10 yr)?1, over almost all of China. Records of the most severe climate extremes changed less than more typical winter conditions did. The LS period was found to have lengthened by 2–4 d (10 yr)?1, due to progressively earlier onsets and delayed end dates of the locally defined hot period. The LS mean temperature increased by 0.1°C–0.2°C (10 yr)-1 in most of China, except for a region in southern China centered on the mid-lower reaches of the Yangtze River. In contrast to the winter cases, the warming trend in summer was more prominent in the most extreme records than in those of more typical summer conditions. The LSP was found to have advanced significantly by about 2 d (10 yr)-1 in most of China. Changes in the autumn phase were less prominent. Relatively rapid changes happened in the 1980s for most of the regional mean indices dealing with winter and in the 1990s for those dealing with summer.     

基于均生函数的风电场风速短临预报模型

风电场风速短临预报是风电预报业务的重要环节之一.选取2011年1、4、7和10月河北及内蒙古两地的两座测风塔观测资料,综合采用均生函数、灰色关联度和多元回归等多种统计预报方法,建立了一套分站点的、15 min动态滚动的未来0～4 h风速短临预报模型.实际对比分析表明,所建模型比传统ARMA模型的月平均预报误差减少了2.2％～10.8％,在实际中具有重要的应用价值.     

基于风速高相关分区的风电场风速预报订正

为了提高风电场风速预报和功率预测的精度和准确率,并考虑风机测风数据的不稳定因素,以多年服务的内蒙古中部某风力发电场A为研究区,在勘察风电场地形及风机布局后,按照季节、风向进行风机间风速时空相关性分析,划分出风机轮毂高度风速高相关为典型特征的风机网格分类片区,采用卡尔曼滤波方法,通过直接和间接两种订正方案,分别进行风机片区风速订正。结果表明:风速高相关风机片区的划分,对于提高风电场风速预报及功率预测精度和准确率具有一定作用,利用风电场区测风塔梯度观测风速,对风机片区进行间接订正,可有效改善数值模式预报风速,15个片区类型下相关系数由0.18~0.72提高至0.67~0.91,误差绝对值由1.6~2.9 m·s-1降低至1.0~1.5 m·s-1。     

Influence of Low-frequency Solar Forcing on the East Asian Winter Monsoon Based on HadCM3 and Observations

In this study, we investigate the influence of low-frequency solar forcing on the East Asian winter monsoon(EAWM)by analyzing a four-member ensemble of 600-year simulations performed with Had CM3(Hadley Centre Coupled Model,version 3). We find that the EAWM is strengthened when total solar irradiance(TSI) increases on the multidecadal time scale. The model results indicate that positive TSI anomalies can result in the weakening of Atlantic meridional overturning circulation, causing negative sea surface temperature(SST) anomalies in the North Atlantic. Especially for the subtropical North Atlantic, the negative SST anomalies can excite an anomalous Rossby wave train that moves from the subtropical North Atlantic to the Greenland Sea and finally to Siberia. In this process, the positive sea-ice feedback over the Greenland Sea further enhances the Rossby wave. The wave train can reach the Siberian region, and strengthen the Siberian high. As a result, low-level East Asian winter circulation is strengthened and the surface air temperature in East Asia decreases. Overall,when solar forcing is stronger on the multidecadal time scale, the EAWM is typically stronger than normal. Finally, a similar linkage can be observed between the EAWM and solar forcing during the period 1850–1970.     

城市化进程对安徽省风速的影响

利用1981-2010年安徽省61个站的逐日风速资料,结合卫星遥感台站分类方法,统计分析了城市化进程对年、季节平均风速、最大风速和小风日数的影响和贡献。结果表明：(1) 近30年安徽省年、季节平均风速和最大风速呈显著减少趋势,小风日数呈显著增加趋势。城市站的变化速率明显大于乡村站,郊区站基本介于二者之间。(2) 2000年开始安徽省城市化进程加快,导致城市站与乡村站平均风速及小风日数距平的差异有明显增大趋势。(3) 城市站与乡村站年平均风速的趋势系数之差为-0.10 (m/s) /10a,城市化对年平均风速减弱的贡献率为40.0%,春季更明显;城市站与乡村站年小风日数的趋势系数之差为15.58 d/10a,城市化对年小风日数增多的贡献率为46.9%,秋、冬季更明显;城市化对年最大风速的影响不明显。     

城市化对咸宁地区风速和相对湿度的影响分析

利用1981—2014年的地面观测资料、NCEP/NCAR再分析资料,根据卫星数据实现城郊站点分类,选取赤壁站作为城市站,崇阳站作为郊区站,分析咸宁地区相对湿度和风的年和季节变化特征,并采用UMR(Urban Minus Rural)方法和OMR(Observation Minus Reanalysis)方法定量解析城市化对咸宁地区相对湿度和风速的影响。结果表明:近34年来城区和郊区的风速分别以-0.18 m·s~(-1)/10a和-0.05 m·s~(-1)/10a的速率逐渐减小,UMR值(城郊距平差)的变化趋势为-0.13 m·s~(-1)/10a,对应的城市化贡献率为75%,城市化对风速的影响在夏季最为明显,其贡献率为100%。近34年来城区和郊区的相对湿度分别以-1.34%/10a和-2.49%/10a的速度减小,且郊区减小的幅度大于城区的,近10年来城区的相对湿度开始大于郊区的,城市化对咸宁地区相对湿度的影响表现为由"干岛效应"向"湿岛效应"的转换,且"湿岛效应"在夏季表现最为明显。利用UMR和OMR方法计算的风速和相对湿度的变化趋势较为一致,但UMR计算结果表明城市化对风速减小及相对湿度增加的影响更为显著,能更好地反映城市化进程对咸宁地区相对湿度和风速的影响。     

基于探空风资料的大气边界层不同高度风速变化研究

利用1981—2014年我国资料齐全的93个高空气象观测站(距离雷达300、600、900 m高度)的探空风资料,按照气象地理区划,借助GIS分析了边界层内不同高度风速及其趋势的时空变化,得到以下结论:300～900 m,东北和华北地区累年平均风速较大,西南和西北地区累年平均风速较小;边界层内各高度同一地区平均风速的月变化趋势基本一致,但各地区季节风速变化不同,同一地区月平均风速的年较差随高度上升而增大;300 m.各地区年平均风速均显著减小:在600和900 m.华北、西北、华中地区年平均风速呈增加趋势,东北地区年平均风速呈减小趋势,但均未通过显著性水平检验;各高度年平均风速空间分布均为东北地区较大,尤其大兴安岭和东北平原地带;从沿海到内陆,由东至西风速逐渐减小;在300 m.全国年平均风速以减小趋势为主;在600 m,全国大部分地区年平均风速呈增加趋势,尤其是中部、西北和华东沿海地区;在900 m高度,全国年平均风速变化趋势呈现由边界向内部的包围态势,中心地区呈增加趋势,边界地区均呈减小趋势,但是通过显著性水平检验的地区不多。     

北京325 m气象塔塔体对测风影响的数值模拟

安装在气象观测塔上的仪器进行风速测量时,气象塔塔体本身会对流场有一定的影响,使其附近局部流场发生变化,产生绕流和尾流,导致所测风场数据相对于真实风场值失真,利用计算流体力学软件Fluent对北京325m框架式气象塔周围的风场进行了模拟,给出流向风速在该塔伸臂上测风位置的失真情况,及风速失真大小随风向风速的变化规律,计算表明若伸臂处于迎风面,在测风点上的风速误差均小于5%,与实际观测一致,验证了北京325m气象塔风速伸臂设计的合理性。     

两种模式在风电场风速预测应用中的对比

利用2011年12月至2012年11月贺兰山风电场测风塔实测资料和同期WRF、BJ-RUC模式预测结果,对2种模式在风速预测中的应用进行对比分析。结果发现,月尺度上,2种模式预测的风速月均值普遍较实测值高,且WRF较BJ-RUC更接近实测值;WRF预测的月平均风速标准差普遍较实测低,而BJ-RUC普遍比实测大;春季WRF预测效果整体上较BJ-RUC好,其它季节WRF预测的月平均风速均方根误差较BJ-RUC的小,但与实测风速的相关性较BJ-RUC与实测风速相关性差。日尺度上,凌晨至中午前后和傍晚至前半夜2个时段,2种模式预测风速普遍比实测值大,而中午至傍晚时分正相反,预测值普遍较实测小。2种模式对〉12 m·s^-1风速预测的均方根误差最小,其次是3~12 m·s^-1,〈3 m·s^-1风速预测的均方根误差最大,但BJ-RUC对3~12 m·s^-1范围风速的变化趋势把握能力较好。WRF和BJ-RUC都普遍低估了1~4 m·s^-1风速段的频次,对5~10 m·s^-1范围频次普遍明显高估,对10 m·s^-1以上风速,WRF预测频次较实测低,而BJ-RUC预测频次则较实测高。BJ-RUC对该区风向的预测能力较WRF好。     

2016/2017年冬季北半球大气环流及对我国冬季气温的影响

2016/2017年冬季(2016年12月至2017年2月),东亚冬季风强度较常年同期异常偏弱,西伯利亚高压偏弱。北极涛动(AO)在冬季以正位相为主。冬季北半球500 hPa高度距平场上,亚洲中高纬地区以纬向环流为主,我国为异常正高度距平控制。受其影响,我国各地气温普遍较常年同期偏高,全国平均气温为-1.5℃,较常年同期(-3.4℃)偏高1.9℃,为1961年以来最暖的冬季。季内各月冬季风指数和西伯利亚高压均偏弱,相应我国气温各月均偏高。冬季风的异常偏弱与夏季北极地区大气环流异常状态有关。2016年夏季北极大气环流的热力和动力状态影响了秋季北极海冰偏少的滞后影响效果,不利于冬季风的偏强。     

北京城区近地面比湿和风场时空分布特征

利用2008—2012年北京城区平均5 km的高密度自动气象站逐时观测数据,分析了北京城区近地面比湿、风向和风速的时空精细分布特征,初步探究了城市下垫面对局地气象要素的影响机制。研究表明:夏季白天北京城区为干岛,冬季城区表现为弱湿岛特征。受城市效应的影响,北京城区与郊区比湿日变化有明显差异。近地面10 m风受到地形、城市和季节性盛行风的共同影响。当气流经过城区时有明显的绕流现象。夏季05:00—10:00 (北京时,下同),受山风、弱的夏季偏南风和城市热岛共同作用,气流向城市中心辐合。冬季15:00—19:00,受季节盛行风偏北气流和谷风偏南气流的共同作用,在城区形成一条西北—东南走向的辐合线。对风速研究发现:城市粗糙下垫面使北京城区风速减小,二环路和三环路之间存在一条“n”状的风速小值带。由此可见,除已开展较多研究的城市热岛效应外,北京城市效应对近地面湿度和风场亦有显著影响。     

青藏高原西侧绕流风系的变化及其与东亚夏季风和我国华北地区夏季降水的关系

从观测资料分析了青藏高原西侧绕流偏北风系的年际和年代际变化及其与东亚夏季风和华北地区夏季降水的关系。研究表明 ,前者对后者有很大影响 ,若夏季青藏高原西侧绕流的偏北风系强 ,则东亚夏季风偏南风分量强 ,且华北地区夏季降水可能偏多 ;相反 ,若夏季青藏高原西侧绕流的偏北风系弱 ,则东亚夏季风的偏南风分量弱 ,且华北地区夏季降水可能偏少。分析结果还表明 ,由于从 1 965年之后 (特别从 1 977年之后 ) ,高原西侧绕流的偏北风系减弱 ,可能导致了东亚夏季风的偏南风分量减弱 ,使得输向华北的水汽大大减弱 ,且引起华北地区降水减少 ,发生了持续严重干旱。     

近45 a黑龙江省春季风速变化的区域特征分析

用方差极大正交旋转REOF方法,将经过均一性检验、分布较均匀的黑龙江省1961～2005年25个测站春季风速变化分为5个区,并对各区风速变化特征进行了分析,最后探讨了人类活动对风速变化的可能影响.结果表明:近45 a来,黑龙江省各个区域风速均呈减小趋势,人类活动可能是导致春季风速减小的一个原因.     

基于北斗反射信号的支持向量回归机海面风速反演研究

随着全球导航卫星系统的发展,一种基于导航卫星反射信号(GNSS-R)的海洋遥感技术成为近年来研究的热点。为研究GNSS-R测风方法,分析了海面风速与反射信号时延功率之间的关系,同时结合机器学习方法中的支持向量回归机方法,将反射信号时延功率作为训练标签,最终完成海面风速的反演。将"北斗反射信号海风海浪探测系统——山东示范站"项目期间海风海浪系统的探测结果与同期风速仪探测结果进行对比分析,结果表明,两者具有很好的一致性,海面风速的反演精度为2.4 m/s,证明了基于北斗反射信号的支持向量回归机海面测风方法是可行的。     

An Experiment on the Prediction of the Surface Wind Speed in Chongli Based on the WRF Model: Evaluation and Calibration

In this study,the ability of the Weather Research and Forecasting(WRF)model to generate accurate near-surface wind speed forecasts at kilometer-to subkilometer-scale resolution along race tracks(RTs)in Chongli during the wintertime is evaluated.The performance of two postprocessing methods,including the decaying-averaging(DA)and analogy-based(AN)methods,is tested to calibrate the near-surface wind speed forecasts.It is found that great uncertainties exist in the model’s raw forecasts of the near-surface wind speed in Chongli.Improvement of the forecast accuracy due to refinement of the horizontal resolution from kilometer to subkilometer scale is limited and not systematic.The RT sites tend to have large bias and centered root mean square error(CRMSE)values and also exhibit notable underestimation of high-wind speeds,notable overestimation or underestimation of the near-surface wind speed at high altitudes,and notable underestimation during daytime.These problems are not resolved by increasing the horizontal resolution and are even exacerbated,which leads to great challenges in the accurate forecasting of the near-surface wind speed in the competition areas in Chongli.The application of postprocessing methods can greatly improve the forecast accuracy of near-surface wind speed.Both methods used in this study have comparable abilities in reducing the(positive or negative)bias,while the AN method is also capable of decreasing the random error reflected by CRMSE.In particular,the large biases for high-wind speeds,wind speeds at high-altitude stations,and wind speeds during the daytime at RT stations can be evidently reduced.     

近50年中国大陆冬季气温和区域环流的年代际变化研究

利用中国大陆468 个站点1960～2013 年逐日气温资料,本文首先对中国冬季气温的年代际变化特征进行分析。通过气候跃变检验分析发现,中国冬季气温在整体变暖的趋势上叠加有年代际波动,可划分为冷期、暖期和停滞期三个时期。本文对比三个时期的冬季大气环流发现,冷/停滞期（暖）期西风环流减弱（增强）而东亚大槽增强（浅薄）,槽后的辐合下沉增强（削弱）,西伯利亚高压增强（减弱）,这加强（削弱）了东亚冬季风,冷空气更多（少）侵入中国大陆地区,冬季气温偏低（高）。北半球环状模/北极涛动（Northern Hemisphere Annular Mode,NAM/Arctic Oscillation,AO）正是通过东亚冬季风系统对中国冬季气温,尤其是冬季最低气温有很强的年代际影响。太平洋年代际振荡（Pacific Decadal Oscillation,PDO）与中国冬季气温在年代际上也有很好的正相关关系。进一步将PDO 的年代际变化分量作为背景,分析NAM/AO 和厄尔尼诺—南方涛动（El Nino Southern Oscillation,ENSO）不同配置下的东亚冬季风环流场可以发现,两者的配置作用不仅影响着中国冬季气温一致变化型的年代际波动,而且也可以影响到冬季气温南北反相振荡型的变化,这从一个方面解释了1980 年代和1990年代北方变暖较强及最近十年北方降温趋势较为明显的原因。     

江淮梅雨对东亚副热带夏季风进程及海温异常的响应

利用1960—2020年江淮地区75个气象站逐日降水量、气温、相对湿度资料以及NCEP/NCAR再分析资料和Hadley中心海表温度资料，研究了东亚副热带夏季风进程变异对江淮梅雨的影响，揭示了不同类型梅雨期太平洋海温及大气环流异常特征。结果表明：8种江淮梅雨类型中，多雨型占45.9%，少雨型占54.1%，其中多雨型在前30 a占36.7%，后31 a占63.3%。江淮典型梅雨年（高温高湿多雨）的主要特征为安徽南部、江苏中部及湖北东部地区降水偏多，安徽南部、江西东北部及浙江西北部气温偏高，淮河流域湿度大；而在非典型梅雨年（低温低湿少雨）大部分地区雨量偏少，气温呈"东高西低"分布，低温中心区位于淮河中游，湿度呈"西大东小"分布。欧亚大陆中高纬度阻塞高压增强，脊前向南输送的西北气流加强且路径偏东，中国东北冷涡强度较强且位置偏西南，东亚大槽加深，槽后冷空气向南输送，有利于典型梅雨形成。当前期冬春季赤道东太平洋海温异常偏高，西太平洋海温异常偏低时，西太平洋副热带高压强度偏强、面积偏大、脊线位置偏南、西伸脊点偏西，东亚副热带夏季风推进到江淮地区的时间偏早，出梅偏晚，梅雨期降水量偏多。