科尔沁草原高空风场垂直特征及变化分析

利用2008-2014年CFL20G风廓线雷达数据对科尔沁草原高空风场垂直特征及变化进行研究。主要对高空三维风场季节变化的统计学特征、典型高度层上的变化规律及垂直高度上的日变化规律进行分析。分析发现：四季中高空20-40m/s风速出现的频率最大,3000米至18000米科尔沁草原高空以偏西风为主。垂直高度上水平风速呈一波一谷型变化,随着高度的增加,高层水平风速开始增大的时间有所推后。12600米及以下各层平均风速最小的季节为夏季,最大的季节为冬春两季；19000米平均风速最小的月份为12月份,风速最大月份为8月份。垂直速度在5500米以下有明显日变化,1500米和3000米有较为明显的年变化,最大值出现在春夏交接的4-6月份,最小值出现在12月份,5000米以上垂直速度没有明显的年变化。     

风廓线雷达在高空风场分析中的应用

利用大连风廓线雷达高时空分辨率风场观测资料,统计2011年雷达站上空各层水平及垂直风速的分布特征.通过分析发现:最大水平风速通常出现在12 km上下,受高空急流的影响,各季节高空最大水平风速出现高度不同,4 km以下高空水平风速随高度的变化各月份存在一定差异,4 km以上至最大风速层,水平风速随高度的升高而增大,最大风速层以上至雷达测量的上限水平风速随高度增加先减小后增大;高空垂直风速在夏季较为明显,秋季次之,冬春季节最小;6月是全年月均垂直风速最大的月份,在500～1300 m高度层存在一个上升气流中心,平均风速大于0.6 m/s,2月各高度平均垂直风速全年最小.     

青藏高原东南缘低层风场垂直结构与变化特征

为进一步认识青藏高原山地低层风场特征、长期变化规律,利用2008-2012年青藏高原东南缘云南大理站边界层铁塔和风廓线雷达的长期观测资料,初步分析了该地区低层风场垂直结构及其变化特征。结果表明:(1)从地面到高空,风速、风向频率分布随高度的增加而变化,2~400m高度风速基本为2级,盛行风向为偏东风,这说明边界层铁塔和风廓线雷达的风速、风向具有连续性。(2)从垂直高度上看,风速存在明显季节变化特征,冬季风速较大,夏季风速较小;日变化结构随高度的升高表现形式明显不同,20m以下为单峰型,100~1500m为双峰型,2000m以上日变化不明显;平均风速逐月变化,20m以下为单峰型,100~1000m为双峰型,1500m以上为单峰型。(3)纬向风600m以下出现东西风交替的日变化,经向风在2~20m高度全天为南风,100m高度以上午后至日落为南风、其余时段为北风,南风由高空向低层传递。     

青藏高原东南缘低层风场垂直结构与变化特征北大核心CSCD

为进一步认识青藏高原山地低层风场特征、长期变化规律,利用2008-2012年青藏高原东南缘云南大理站边界层铁塔和风廓线雷达的长期观测资料,初步分析了该地区低层风场垂直结构及其变化特征。结果表明：（1）从地面到高空,风速、风向频率分布随高度的增加而变化,2~400m高度风速基本为2级,盛行风向为偏东风,这说明边界层铁塔和风廓线雷达的风速、风向具有连续性。（2）从垂直高度上看,风速存在明显季节变化特征,冬季风速较大,夏季风速较小;日变化结构随高度的升高表现形式明显不同,20m以下为单峰型,100~1500m为双峰型,2000m以上日变化不明显;平均风速逐月变化,20m以下为单峰型,100~1000m为双峰型,1500m以上为单峰型。（3）纬向风600m以下出现东西风交替的日变化,经向风在2~20m高度全天为南风,100m高度以上午后至日落为南风、其余时段为北风,南风由高空向低层传递。     

延吉市边界层风场特征分析

利用风廓线雷达在延吉市开展了边界层风场的探测研究,根据2012年4个月逐日的边界层风场探测资料,分析了延吉市大气边界层风场的时空分布特征,得到了逐月的高空风廓线图。结果表明：1000m以下,水平风速和垂直风速随高度均呈现出增加的趋势,地面风速最小,750-1000m高度处存在明显的风切变层;2月和7月高空水平风速随高度的增加而增加,4月和10月高空水平风速变化呈单峰型的变化趋势;2月垂直风速随高度的增加逐渐增加,7月随高度的增加逐渐减少,4月和10月随高度呈双峰型的变化趋势;各月在1000～2000m高度垂直风速较小;各月水平风除个别高度外均以西风或偏西风为主导风向,垂直方向以下沉气流为主。     

淮河流域风场垂直结构特征分析

为进一步加深南北气候过渡带上山地丘陵地区的风场认识,利用淮南2015年3月至2016年2月ST（Stratosphere-Troposphere）风廓线雷达的探测资料,分析了该地区20 km高度内风场的变化特征及垂直结构。结果表明:淮河流域850 hPa、700 hPa、500 hPa、100 hPa等压面高度上,风场有明显的垂直变化,风速及其波动幅度随春、夏、秋、冬先减小后增大,且随高度增加,夏季最小、冬季最大的季节规律逐渐增强;风场的垂直分布存在差异,在中低层以下,以小于10 m/s的风为主,风向转换多,中低层以上10～25 m/s的偏西风居多;年平均风场结构为低层以5 m/s北风为主,到2 km左右向西偏转,风速小于10 m/s,在5 km高度处形成15 m/s的西风,且风速持续增大,10 km左右达到25 m/s后逐渐减小,到15 km左右风向顺时针向北偏转,直到20 km附近与低空风场相近。     

塔中一次强沙尘暴过程边界层风场变化特征

利用风廓线雷达探测资料对2010年4月19日塔中一次强沙尘暴过程中的边界层三维风场进行分析研究。沙尘暴爆发前,塔中1 000 m高度内空中风主导风向由偏东风转为偏西风;沙尘暴爆发时,地面至1 500 m高度内为偏东风。近地面风速在沙尘暴爆发初期迅速增大至18.3 m/s,中后期逐渐变小,但依然保持10 m/s左右的较大风速;300～1 000 m高度,沙尘暴爆发时段的风速小于过程前后;1 000～2 000 m高度内,沙尘暴爆发前风速达到最大,然后随时间变化呈递减趋势;3 000 m以上高空风在沙尘暴爆发期间风速可达20 m/s。沙尘暴过程中塔中上空存在明显的沙尘颗粒沉降运动,平均下沉速度为1.2 m/s。     

三沙市永兴岛低空风的变化

该文利用2003年3月—2011年12月三沙市高空气象探测站L波段雷达探空资料,分析了三沙低空风的变化特征。结果表明:三沙2006年3月—2011年12月高空气象探测站所测地面—1 500 m不同高度的风向变化大致相同,各层风中主要盛行NE、ENE、SSW风;静风出现最少,其次是NW、WNW、NNW风向;春季地面—1 500 m高度的风向分布为双峰形状,主要集中在NE-ENE、SSE-SSW,夏季、秋季、冬季地面—1 500 m高度的风向分布为单峰形状,夏季风向主要集中在SWSW,秋季风向主要集中在NE-E,冬季风向主要集中在NNE-ENE;地面—1 500 m的各层风中,地面平均风速最小,500 m低空平均风速最大;地面—500 m高度的风从夏季至冬季都逐渐增大,1 000~1 500 m从春季至秋季增大,冬季反而减小;地面—1 500 m平均风速11—12月份最大,3—4月份风速最小。     

河北地区边界层内不同高度风速变化特征

为了研究城市化进程对风速变化的影响,利用1971-2006年河北省境内邢台、张家口和乐亭3个探空站高空风观测资料和对应地面站风观测资料,统计分析了边界层内距地面10m、300m、600m、900m 4个高度的长期风速变化特征,比较了不同高度风速变化趋势的异同.分析结果表明:3站年和季节平均风速随着距地面高度的增加而变大,但最大的风速垂直递增率出现在从10m到300m之间;各站各高度层月平均风速具有明显的季节变化特征,春季风速最大,夏季较小;在近36年里,3站平均的地面(10m高)年和季节平均风速变化存在显著的减少趋势,300m以上各高度层平均风速一般也降低,但远没有地面明显;不同高度平均风速变化趋势的差异可能主要是由城市化以及台站附近观测环境的改变引起的,这使得地面风速明显减弱;但地面以上各层平均风速同样存在一定减弱现象,说明背景大气环流的变化也是地面风速下降的原因之一.     

天津沿海地区测风塔不同高度风速特征

利用天津市东部沿海地区汉沽、大港测风塔2017—2019年观测数据,统计分析了测风塔不同高度风速的时间变化特征,对30～100 m风速与10 m风速的关系以及风切变指数的变化规律进行了探讨。结果表明：各个高度上风速均具有明显的季节变化特征,春季风速最大,且最易出现大风天气,平均风速、大风日数及大风强度均达到最高;夏秋季转换期风速最小。风速具有明显的日变化特征,午后各个高度的风速均达到最大值。相关分析表明,30～100 m风速与10 m风速表现出显著的正相关关系。各高度与10 m高度的风速之差、风切变指数呈现出相似的日变化特征,即午后海风盛行阶段两者均最小。此外,通过对比两个测风塔风速的变化特征发现,汉沽平均风速更大,大风天气发生频次更多,强度更强,且风速的日变化和海陆风变化特征更加明显。     

火箭发射前后3.5 h内高空风差异特征及预报

利用2014年12月—2020年12月时间间隔为3.5 h的高空风实况分析火箭发射前后3.5 h内高空风差异,并利用WRF模式和火箭发射前3 h高空风建立火箭发射后0.5 h高空风预报模型,结果表明:火箭发射前后3.5 h内高空风速、风向差异特征,与高度、季节及火箭发射前3 h平均高空风速有关。高空风最大风速偏差为-24.00～26.00 m·s^-1,风速偏差在10 m·s^-1以内达三分之二,且主要出现在对流层中高层[6.5 km,11.5 km)高度内;最大风向绝对偏差范围为10.00°～180°,主要集中在[30°,60°)范围及对流层中低层[1.5 km,6.5 km)高度内。火箭发射前后3.5 h内高空风速平均绝对偏差随火箭发射前3 h高空风速平均值增大呈增大趋势,风速相对误差绝对值和风向绝对偏差则表现为减小趋势,说明高空风强时,风向不易发生短时变化;火箭发射前后3.5 h内高空风差异随季节变化与高空风的季节特征有关。利用火箭发射后0.5 h高空风预报模型,有助于降低火箭飞行风险。     

三峡库区局地风特征分析

利用长江三峡工程生态与环境监测网络—局地气候监测子系统中的三峡库区重庆涪陵睦和100 m测风塔5个高度(10、30、50、70、100 m)2010—2018年逐时观测资料,分析了局地风垂直变化特征。结果表明：垂直风速在季节分布上春季最大,冬季最小;其日变化为单峰型,于09时和16时左右分别达到最小和最大值;夏季10—13时30～100 m高度平均风速大小几乎相同;局地风向主要受当地地形影响,各高度沿长江河谷走向(SSW～ENE)的风向频率在46%～66%。当有降雨天气时,风速垂直差异从大到小分别为暴雨、大雨、中雨、小雨。在降雨天气,随着温度升高,风速垂直梯度变化增加。夜间出现逆温现象时,50 m高度的风速小于30 m。     

ERA5再分析数据适用性初步评估

利用山东省及周边地区10个站点的地面和高空观测资料对ERA5再分析资料的适用性进行了初步评估。结果表明：再分析的海平面气压和2 m温度与实况资料的相关性明显优于2 m相对湿度和10 m风场;高空温度和相对湿度在对流层中低层的适用性要好于高层,而位势高度和风场在中高层适用性较好;海平面气压再分析与实况的相关有着最明显的季节变化,2 m温度、2 m相对湿度和10 m风速则在部分站点有较明显的季节变化,而10 m风向的相关系数更多地表现出站点之间的差异,高空要素的适用性,季节和区域差异不明显。另外,对比发现,ERA5的适用性总体上要优于ERA-Interim再分析资料,地面和对流层低层的相对湿度、风场提高更为明显。     

风廓线雷达测风精度评估

采用风廓线雷达5波束探测模式的数据对测风精度进行评估分析,用垂直波束和其中两个相邻倾斜波束的探测数据构成一对计算因子,通过对同一距离高度上的4对计算因子进行误差分析,评估风廓线雷达的测风精度,得到水平风在垂直指向连续高度上的精度。对北京延庆CFL-08风廓线雷达2010年3,6,9,12月4个典型代表月份逐日连续探测资料进行了处理分析,结果表明:该雷达满足风速误差不大于1.5 m·s-1、风向误差不大于10°探测精度要求的最大探测高度6月、9月为8 km,3月、12月为6 km,基本符合该雷达探测高度的设计要求。信噪比、大气风场的不均匀性是影响雷达测风精度的主要因素:信噪比影响了高空的测风精度,-15 dB可以作为判断雷达测风可信数据最大探测高度的阈值;晴空大气出现的风场不均匀性对风廓线雷达的测风精度影响不大,降水出现时环境风场不均匀性造成水平风向、风速的测量误差较大,不能满足测风精度要求,特别是对流性降水发生前的1~2 h,水平风向、风速的方差增长迅速,可以作为强降水出现的预警指标。     

陕西省风的时空分布及ERA5风资料检验评估

利用2017—2019年陕西省99个地面气象观测站资料分析近地面风场的时空分布特征,并对ERA5再分析资料10 m风速产品进行质量评估。结果显示：年平均风速陕北、关中北部及东部、商洛较大,汉江河谷及关中平原西部风速较小;大多数站点春季风速最大,秋季风速最小,4月风速最大,10月风速最小,8月风速存在次高点;白天风速明显大于夜间,最大风速一般出现在14—16时,最小风速多出现在20—21时前后和日出前后;夏季最大风速出现时间较其他季节提早2 h左右,前半夜风速明显大于后半夜。大部分站点有接近相反的两个主导风向,风速随季节有明显变化,陕北主导风向存在明显的季节变化。ERA5再分析资料10 m风速产品和自动气象站观测相比能够反映风场最基本的时空分布特征,风力日较差和标准差较站点观测偏小,连续性、均匀化特征明显;最大风速以及白天风速开始增大的时间较站点观测偏晚1 h左右;ERA5 10 m风速产品在陕北地区偏大,关中、陕南地区偏小,关中地区相对误差和均方根误差小,相关系数高,代表性优于陕北和陕南地区。     

塔克拉玛干低空急流特征分析

利用2000~2013年ERA-Interim再分析资料对塔克拉玛干地区风速廓线进行分析,发现在多年平均状态下边界层内存在风速极大值中心,表明该地区可能长时间、广泛存在低空急流。为进一步判定、分析可能存在的低空急流及其季节变化特征,本文从最大风速发生高度、逆温以及风切变3个方面考虑,给出了低空急流的具体判定条件。通过客观判定表明,塔克拉玛干地区常年存在偏东方向低空急流,具有较高的发生频率,最大频率出现在8月份达68.4%,最小频率在12月份,为54.5%。急流中心高度和最大风速均存在显著的季节变化:夏季低空急流发展最高,平均高度位于地面以上339.6 m,冬季高度最低,平均高度237.7 m,春、秋季高度相近约为290 m左右;急流最大风速春、夏季最强,平均值高于7.5 m/s,秋季风速减弱为6.3 m/s,冬季达到最小值5.0 m/s。此外,分析还发现急流最大风速先随高度上升而增加,达到地面以上某一高度范围后,又随高度增加而减小。     

湖北省不同地形条件下风随高度变化研究

为了揭示湖北省不同地形条件下风速随高度的变化特征,利用黄冈龙感湖、大悟仙居顶和钟祥华山观70 m测风塔1年的完整测风资料,采用线性分析、最小二乘法拟合等方法,对不同地形条件下风速切变指数的日变化、季节变化、年变化以及不同风速段内的变化特征进行了分析。研究发现华山观处风速随高度的变化最大,龙感湖次之,仙居顶处最小;且切变指数随高度的上升有不同的变化趋势,其日变化曲线接近正弦波形;季节性差异明显;在大风情况下,风速的垂直切变指数与一般情况下相比,均出现显著减小。结果表明,在复杂地形条件下,地形和下垫面对风速的垂直变化存在显著的影响。     

彭州边界层铁塔风梯度特征研究

利用2018年10月~2020年12月彭州边界层铁塔的风速风向观测资料,分析了彭州地区近地面各季节平均风速日变化、盛行风向及污染系数特征,在此基础上,选取彭州大风天气个例,对按月分类法和风速区间法的反演结果进行了有效性验证。结果表明:除夏季10m高度盛行西风以外,其余三季各高度均盛行东北风,秋冬两季各高度东北风出现频率大于春夏两季,每个季节随着高度增加,东北风出现频率均逐渐增大,对应平均风速均逐渐增大。春夏季10m高度的最大污染系数在偏西方向,其他各高度最大污染系数均在东北方向,各层高度最小污染系数多在东南或偏南方向;秋冬季各高度污染系数均大于春夏季,最大均为东北方向,10~20m最小污染系数多在偏南或偏东南方向,60~90m最小污染系数为偏西北方向;彭州铁塔偏西和东北方向不宜布设污染源。两种风速反演方法均能对近地面风速进行较为有效的反演,风速区间法在大风区间的反演效果优于按月分类法。      

"派比安"在阳江不同地区的风场特征及防风问题

利用阳江海岸线上不同下垫面梯度风观测塔在“派比安”过程中所取得的资料,探讨登陆热带气旋在不同下垫面的垂直风场特点以及防台措施。分析发现,平原地区各层风速较稳定,随“派比安”的移近而增大,远离而减小,风随高度成指数增长,在v<20 m/s时,80 m的10 m in平均风速与10 m的最大风速相当;背风面风速扰动大,很有可能在热带气旋靠近时出现风速减小现象;迎风坡出现大风时间长,最大风速比背风面和平原地区都大。迎风坡和背风面在台风环状下沉运动带影响时,高层和地面10 m in平均风速相差较小,而平原地区并没有这一特征。根据弗洛斯特(Frost)风速随高度变化的经验公式,近地层风速垂直切变指数n在平原地区稳定,风随高度的对应关系好。台风登陆前所有下垫面的n都出现突增现象。阵风系数受下垫面和周围环境影响大。     

依兰县夏季温、湿场及人体舒适度垂直分布研究

使用位于黑龙江省依兰县测风塔2010年6月1日-8月31日的10 m、70 m温度、湿度、风速资料,分析依兰县夏季温湿场特征及人体舒适度指数变化规律,得到以下结论:10 m与70 m高度温度的日变化规律一致,均是日出前4时温度最低,14时温度最高,但70 m高度温度日较差较10 m小1℃,夜间,逆温现象明显;风速的日变化规律基本一致,白天风速较大,夜间风速较小;湿度日变化规律与温度日变化规律相反,70 m高度极值出现时间均延迟1 h。垂直高度上,白天10 m湿度大于70 m,夜间10 m湿度小于70 m;10 m、70 m舒适度为0级出现的频率均在60%以上,舒适等级3级及以上出现的频率非常小。在垂直空间上,夜间人体舒适感觉相差不大,但白天,随高度升高,人体舒适度指数明显降低,人体感觉明显较高处舒适。