海岛测站大风资料代表性的数值模型分析

对大风情形下实际海岛的风场结构进行数值模拟,结果表明海岛测风明显受海岛地形的影响。通常运用对数或指数风廓线公式,对海岛测风资料作简单高度换算以得到海面10 m风速的订正方法一般是不合理的。通过海岛测站观测值与模拟值的对比分析,说明借助数值模拟寻求测风资料订正方法的必要性与可能性。     

基于CFD模型的内陆核电厂厂区流场模拟

以内陆某核电厂为例,简述了利用流体力学软件STAR-CCM+模拟内陆核电厂厂区流场及大型自然通风冷却塔雾羽扩散的实现原理,介绍如何将SolidWorks2010建立的核电厂厂区模型导入到STAR-CCM+,给出了STAR-CCM+划分网格的过程,说明了边界层划分的基本假定条件和参数。将STAR-CCM+模拟的数据与风洞实验数据进行了比较,结果显示了较好的一致性。结果表明：在离地面5m的高度处,大型自然通风冷却塔背风面形成较大的空腔区,空腔区风速较小,只有1-1.5 m/s,部分区域达到静风;在冷却塔两侧风速相比入口速度增大了1.66倍;在离开地面100 m的高空,冷却塔背风面的空腔区依然比较明显,冷却塔两侧风速相比入口风速,其变化趋于平稳;在沿主导风向的轴线上,冷却塔两侧风的扰动依次加强;单台冷却塔雾羽最大的抬升高度出现在下风向距离3300 m处,最大抬升高度为690 m,4台冷却塔雾羽在下风向距离3300 m的抬升高度约为850 m,是单台冷却塔的1.23倍。     

基于WRF和CFD软件结合的风能资源数值模拟试验研究

运用中尺度数值模式WRF与法国CFD软件MeteodynwT相结合的方法（WRF／WT）,进行了广东省海陵岛地区的水平分辨率100m×100m的风能资源数值模拟试验,采用海陵岛上7座测风塔观测资料对WRF／WT模式的模拟风场进行误差检验,并与WRF／WAsP模式系统对单点风能参数模拟误差进行对比,研究WRF／WT模式系统在风电场微观选址和分散式风电开发利用中应用的可行性。结果表明：中尺度模式与CFD软件结合的数值模拟方法对区域风能资源分布趋势的模拟比单纯应用CFD软件更准确;WRF／WT模式系统应用于复杂地形风能资源数值模拟评估是可行的,其对区域风能资源参数分布模拟的准确率与WRF／WAsP对2km范围内风能资源参数模拟的准确率相当;WRF／WT模式系统在风速频率分布不满足Weibull分布的情况下和陡峭地形条件下有较好的模拟效果,相对WRF／wAsP有明显优势。今后需进一步研究中尺度模式与CFD软件的衔接方法,以及对中尺度模式模拟结果的误差订正。     

基于MapReduce计算模型的气象资料处理调优试验

云计算技术使用分布式的计算技术实现了并行计算的计算能力和计算效率,解决了单机服务器计算能力低的问题。基于长序列历史资料所计算得出的气候标准值对于气象领域实时业务、准实时业务及科学研究中均具有重要的意义。由于长序列历史资料数据量大、运算逻辑较复杂,在传统单节点计算平台上进行整编计算耗时非常长。该文基于Hadoop分布式计算框架搭建了集群模式的云计算平台,以长序列历史资料作为源数据,基于MapReduce计算模型实现了部分整编算法,提高计算时效。同时,由于数据源本身具有文件个数多、单个文件小等特点,对数据源存储形式及数据文件大小进行改造,分别利用SequenceFile方式及文本文件合并方式对同一种场景进行计算时效对比测试,分别测试了10个文件合并、100个文件合并两种情况,使时效性得到了更大程度的提升。     

基于DEM的复杂地形下太阳散射辐射分布式模拟——以贵州高原为例

由于坡度、坡向和地形之间相互遮蔽等局地地形因子的影响,确定实际复杂地形下太阳散射辐射是比较困难的.本文在前人研究的基础上,对以前的模型进行了一些改进,考虑了坡度、坡向和地形相互遮蔽作用对复杂地形下天文辐射的影响,基于数字高程模型(DEM)数据,研制了以复杂地形下天文辐射为起始数据的复杂地形下太阳散射辐射的分布式模型,在模型中还考虑了散射辐射的各向异性.以地形复杂的贵州高原为例,应用100 m×100 m分辨率的DEM数据及气象站常规观测气象资料,计算了贵州高原复杂地形下各月及年的太阳散射辐射精细空间分布.结果表明:(1)局地地形因子(如坡度、坡向和地形遮蔽)对贵州高原复杂地形下太阳散射辐射的空间分布影响较大,随着地形的起伏变化,太阳散射辐射的空间分布明显不同,纬向分布特征不明显.(2)对于太阳散射辐射而言,地形对其的影响仍然很大,在太阳散射辐射计算时也是不容忽视的.     

复杂地形条件下零平面位移和空气动力学粗糙度的计算——以珠海南亚热带常绿阔叶林地区为例

空气动力学粗糙度和零平面位移是影响陆面过程的重要参数。以往对空气动力学粗糙度和零平面位移的计算往往针对均一程度较高的下垫面。以珠海南亚热带常绿阔叶林地区为例,探索了复杂地形下垫面空气动力学粗糙度和零平面位移的计算。用拟合法和粗糙元法计算了该地区下垫面的空气动力学粗糙度和零平面位移,并分析了两种方法的误差来源。计算结果表明,拟合法在这种复杂地形下的计算准确度并不理想,由于这种方法的代表范围较小,易受到周边地形影响而使测量结果不符合对数廓线的形式,从而得不到准确的结果。与拟合法相比,粗糙元法可以给出所计算下垫面的具体范围。粗糙元法计算结果的代表范围比拟合法大得多,因此,粗糙元法比拟合法更加能够反映的是该区域下垫面空气动力学粗糙度和零平面位移的总体情况。另外,粗糙元法可以计算那些因为风速资料不足无法用风速廓线直接加以计算的区域的空气动力学粗糙度和零平面位移。根据拟合法的计算结果,冬季315~45°范围内,z_0=2.96 m,d=22.48 m;45~135°范围内,z_0=1.26 m,d=8.81 m。春夏季315~45°范围内,z_0=3.90 m,d=27.00 m;45~135°范围内,z_0=1.51 m,d=14.83 m。根据粗糙元法的计算结果,东南西北四个方向1 km×1 km范围内z_0分别为0.94 m、1.28 m、1.30 m、2.08 m;d分别为13.87 m、18.79 m、19.12 m、30.61 m。     

基于气象研究的城市通风廊道构建初探——以南京江北新区为例

利用南京江北新区的气象观测数据、NCEP全球再分析资料和卫星遥感数据,采用统计分析、数值模拟以及地表温度反演技术,综合分析了江北新区的背景风场特征和城市热岛分布状况;并结合江北新区土地利用现状及未来规划资料,构建了其核心规划区域的通风廊道系统。结果表明:(1)江北新区主导风向为偏东风,局地存在山谷风和水陆风,风速主要集中在2~4 m·s~(-1)风速段,且近10年呈下降趋势;(2)在空间分布上,城镇、工业园区风速较小,同时是强热岛区域且有热岛连片发展趋势;长江、老山和林地等冷岛区风速较大,空气较为清新,可利用其与城镇进行空气交换;(3)结合当地气候条件、地形特征、用地类型及未来规划,以山体地势为脊骨,以顺势输引主导风向为基本,以沟通冷源和弱风区为目的,构建了东北—西南走向的1条主通风廊道和3条次通风廊道,以及东南—西北、东—西走向的8条局部通风廊道;并对通风廊道的走向、宽度、布局等提出控制指标和构建策略。     

基于复杂网络模型的沙尘天气空间交互影响研究-以雅鲁藏布江中游为例

沙尘天气是雅鲁藏布江中游最主要的灾害,然而对该地区沙尘物质的传输过程及影响范围并不明确。利用2017-2020年冬春季（10月—次年4月）雅鲁藏布江中游的15个气象站逐小时最低能见度数据,采用转移熵方法构建区域沙尘传输矩阵,基于复杂网络理论分析沙尘天气的空间传输及交互影响特征。结果表明,1）雅鲁藏布江中游沙尘天气系统是一个稳健性网络,站点之间的沙尘天气互相影响,说明沙尘可以跨区域输送。2）申扎、南木林和尼木处于沙尘天气空间关联网络的核心,说明这三个地区是研究区的主要沙尘分布区;拉萨和墨竹工卡沙尘天气受其他站点影响程度最小。3）研究区沙尘天气影响时间短。沙尘持续时间以1小时为主,说明以局地起沙为主;3小时持续时间次之,说明个站点之间相互传输;6小时持续时间最少,说明沙尘不能长时间输送。综上所述,雅鲁藏布江中游沙尘天气即有局地供应,又有区域传输,各站点之间相互影响,形成复杂的空间交互网络。因此,为了减少研究区沙尘灾害的影响,应该立足于全面协调协作进行治理。     

基于CGE模型的碳税政策模拟——以广东省为例

科学设置碳税政策是控制二氧化碳排放量和推动能源结构优化的重要基础,文中以广东省为例,利用2012年的广东省投入产出表、广东统计年鉴、广东财政年鉴、中国统计年鉴等数据构建社会核算矩阵,通过构建静态的可计算一般均衡模型（CGE),进行区域的碳税政策模拟,分析不同程度的碳税税率对化石能源消费量及各宏观经济变量的影响。结果表明：征收碳税对减排效果有明显的正向作用,当碳税水平为60元/t时,广东省减排效果为3.90%;在碳税定价上,60元/t较为合适;减排贡献率最高的化石能源为煤炭,其次为石油,最低为天然气;碳税冲击下能源消费量下降,最明显的为煤炭,其次是火电;碳税冲击也能显著减少各部门对煤炭的消费量;碳税政策对广东省GDP和社会福利有负向作用,但对总体碳排放强度有正向作用。未来广东省应严格控制煤炭消费量,同时对火电部门进行低碳改造。     

基于Copula模型的暴雨综合指标分析——以万州为例

利用重庆市万州区1967—2019年的降水资料,选取年暴雨量、年暴雨强度和年暴雨贡献率为暴雨要素,利用Archimedean Copula函数构建二维联合分布,并根据RMSE,AIC,Bias和OLS值进行优度检验,确立最优Copula函数,分析多要素联合下的暴雨概率以及重现期特征.研究表明,Clayton Copul...     

基于CFD的单个建筑物风场模拟参数选择

运用流体力学软件FloEFD对沽源单个建筑物周围的风场进行数值模拟。通过不断改变模型中计算参数的设置进行一系列模拟试验,对比模拟试验结果,并与观测资料进行比较,分析不同计算参数对模拟结果的影响,并获得适用于该模型的最佳参数。主要研究的计算参数包括计算域高度,初始网格等级,局部初始网格等级和不同平均风速剖面形式。结果表明:计算域高度从3倍建筑物高度开始,空腔区的长度、漩涡中心位置以及再发展区的边界位置基本保持稳定。随着初始网格等级的增加,空腔区的长度、再发展区的边界位置及计算时间逐渐增大。局部初始网格等级对模拟结果影响不显著。以两种不同平均风速剖面形式进行模拟,迎风漩涡长度不同,背风面影响不大。与观测资料比较显示,最优参数组合为:计算域高度为3倍建筑物高度,初始网格等级为4、局部初始网格等级为4、平均风速剖面形式为指数律。     

地形对近地层风场日变化影响的数值模拟

利用修改的Mass模式和辽宁地区的地形资料，模拟了地形加热作用对辽宁地区近地层风场日变化的影响。结果表明，渤海和黄海北部海域对辽宁地区近地层风场的影响起着非常重要的作用。由于海陆加热的不同，加热冷却速度的不同以及山地地形等可产生不同的流场日变化。     

基于大涡模拟的冬奥赛区风环境精细化评估

风是北京冬奥会场外赛事考虑的首要气象因素, 精细评估竞赛场地核心区域风环境对赛道施工建设、遴选防风方案及赛事安排非常必要。以北京冬奥会延庆赛区为中心, 将2009—2021年冬奥赛事月份(2—3月)天气环流场进行客观天气环流分型(分为93组), 采用北京城市气象研究院睿图-大涡模式系统对各组的典型个例开展37 m×37 m分辨率风场模拟。利用赛道周边12个自动气象站数据检验结果显示: 2 m温度、10 m风速和风向平均偏差分别为0.45℃, 1.51 m·s-1, 11.23°, 预报技巧较高。基于分型模拟数据获得赛场平均风、极大风分布及大风风险概率, 高山滑雪赛场赛道起点平均风速为15 m·s-1, 超出影响决策点概率为60%, 风险较大; 而赛道中、后段风险较小, 超过影响决策风速概率小于2%。     

CFD方法在贵州分散式风电场资源评估中的应用研究

该文采用CFD软件Meteodyn WT,对贵州中部某分散式风电场进行模拟,模拟时段为2013年1-12月,水平分辨率100 m,垂直分辨率10 m,通过对比实测资料与模拟数据,研究基于CFD的数值模拟方法对复杂地形风能资源数值模拟的适用性,探索其服务于分散式风电开发发展规划制定的可行性.研究结果表明该方法应用于贵州复杂地形是可行的,在没有测风塔观测或者测风塔资料较少的情况下,可得到高分辨率的区域风能资源分布,为分散式风电发展规划的制定和风电场前期建设的选址提供科学依据.     

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.     

基于MTCSWA风场资料对西北太平洋热带气旋风场结构的气候统计特征研究

基于多平台热带气旋表面风场资料（MTCSWA）,研究了2007～2016年6～11月西北太平洋上不同尺度热带气旋（TC）的气候统计特征,TC各级风圈半径在不同象限的变化特征、风场结构的对称度及二者与强度变化之间的相关性。利用7级风圈半径与TC近中心最大持续风速（MSW）来定义TC的尺度和强度。结果表明,西北太平洋上TC的平均尺度为221.9 km,其中小TC平均尺度为96.4 km,大TC平均尺度为346.4 km。大TC活动位置的空间分布较小TC更为集中,整体活动范围较小TC偏北。TC尺度的峰值出现在8月和10月。在TC的风场结构中,7级、10级、12级风圈的平均半径分别为221.9、121.0、77.4 km。TC风圈的对称度的统计结果表明7级风圈的对称度最低,12级风圈的对称度最高。相关分析表明,在TC的生命史中,各级风圈半径与其强度存在一定的正相关关系,其中12级风圈半径与强度的相关性最低;对于同一风圈而言,在TC的不同发展阶段中,不同象限的风圈半径与强度的相关性不同。在TC的风场结构中,风圈的对称度与TC强度的相关性随着风圈强度的增强而减弱,只有7级风圈的对称度在TC的整个生命周期中表现出与TC强度之间的弱的正相关关系。     

基于多元数据的城市工业布局气候适宜性评估——以淄博为例

本文以淄博市城市发展战略规划（2017—2030年）为例,开展了基于多元数据的城市工业布局气候适宜性评估。基于气象、遥感、环保等多元资料,对城市规划密切相关的风环境、热环境、大气环境等进行了综合分析。结果表明：研究区主导风向和风速大小存在一定空间差异,北部的桓台和临淄的主导风路径多以东—西为主,其余地区以南—北路径为主,临淄的东部地区和淄川的中部地区为常年风速大值区,而周村、张店的大部分地区和博山的南部区域为风速小值区;城市热岛范围随时间扩张明显,以两轴区域为核心,呈蔓延式发展,较强以上等级热岛面积由2009年的405 km2发展至2016年的918 km2,其中张店区的增幅速度最快;敏感性模拟试验显示,易在山前出现污染汇聚带,PM2.5污染物高浓度主要分布在淄博的中北部平原地区,而市域北部和东部区域的污染扩散条件相对较好,各区域工业排放大气污染物的扩散特征主要受不同区域的主导风影响,其中淄川北部与张店南部的污染物扩散易对整个中心城区产生较大影响。综合考虑以上风环境、热环境、大气环境的分析结果,将规划区进行大气环境敏感区等级划分,明确了5类区域的工业布局气候适宜性,从改善局地气候与大气环境角度提出规划建议,为合理配置土地功能、优化工业布局提供了科学支撑。     

基于多源融合资料分析北京一次超强城市热岛三维结构特征

城市热岛效应是人类活动对大气系统影响的最主要体现之一。本文利用(Space and Time Multiscale Analysis System,STMAS)时空多尺度分析系统,融合了地面自动站、雷达、卫星等多源高时空分辨率观测资料,建立了城市热岛三维数据集。并在此基础上统计了2021年北京夏季的城市热岛强度变化特征,选取其中一次超强城市热岛个例(2021年6月11—12日)详细分析了其三维精细化结构特征。结果表明:(1)本个例中,夜间郊区近地面迅速降温,形成逆温层;而城市近地面降温缓慢,使得近地面城郊温差不断增大。(2)本次超强城市热岛三维温度场暖心结构在地面和990 hPa以下低空等压面清晰可见,风场距平呈现气旋性环流特征并在低空从郊区向城区辐合,引起可到达中高空的上升运动,说明城市热岛效应有增强垂直环流的作用。     

南海港口大风的环流特征及其预报指标——以海南洋浦港为例

本文以海南洋浦港为例,利用2015—2019年大风资料,通过合成分析等方法深入探讨了不同类型大风过程的环流特征、发生机制及其预报指标。结果表明:(1)洋浦港大风过程按照影响系统可分为冷空气型、切变线型、热带气旋型和热低压型4种。(2)冷空气型大风主要是由强冷平流引发的;当925hPa关键区24h降温超过6℃且北风分量大于11.5m/s时,洋浦港6h后易发生冷空气型大风;切变线型大风主要产生于强对流引发的雷暴大风、飑线等;当925hPa低空切变线、500hPa南支槽等天气尺度系统出现有利配置,对流有效位能CAPE≥1500J·kg~(-1),且具有较合适的对流抑制能量CIN值时,易发生切变线型大风;热低压型大风与海陆热力差异引起的海风锋密切相关;当海南岛西北部陆地与近海海面的6h变温之差≥3.5℃,CAPE≥1500J·kg~(-1),CIN≤20J·kg~(-1)时,海风锋极易触发雷暴大风等强对流天气;热带气旋型大风主要发生在TC中心附近的等压线密集带以及外围螺旋雨带的中小尺度对流系统中。业务预报时可在数值预报基础上结合统计规律以及卫星、雷达等实况资料综合判定风力等级。