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。     

北京山区与平原冬季近地面风的精细观测特征

利用2009—2018年冬季北京地区200多个自动气象站逐时10 m风速、风向观测数据,分典型区域（山区、山区与平原过渡区、平原区、城区）研究北京地区冬季近地面风的精细特征,并使用有完整记录的2 a（2017和2018年）冬季延庆高山区不同海拔高度10 m风逐时观测数据,多视角分析高山区不同海拔高度近地面风的特征和成因,以深刻认识北京地区复杂地形条件下冬季近地面风的特征和规律。结果表明:（1）北京地区冬季近地面平均风受西部北部地形、城市下垫面粗糙度和冷空气活动共同影响,平均风速沿地形梯度分布,山区高平原低,平原中又以城区风速最小;盛行西北风和北风,在城区东、西两侧盛行风出现扰流,在山区和过渡区一些地方还存在与局地地形环境明显关联的其他盛行风向。（2）4个典型区域冬季近地面风速日变化均表现为白天风速大于夜间,午间风速最大的“峰强谷平”单峰特征,这一特征的稳定性在城区高、山区低。（3）4个区域冬季弱风（< 1 m/s）频率为31%—42%,城区较高、山区较低;强风（> 10.8 m/s）频次则是山区多、城区少,强风风向主要表现为偏西—偏北,与冷空气活动密切关联;城区、平原区和过渡区偏南风频率均为极小,暗示北京“山区—平原”风模态在冬季是“隐式”的、不易被直接观测到。（4）近地面风的水平尺度代表范围在延庆高山区高海拔处明显大于低海拔处,海拔1500 m附近（平均的边界层顶高度）是延庆高山近地面风速日变化特征的“分水岭”,低于该海拔高度时近地面风速日变化表现为前述“峰强谷平”单峰特征,而高于该海拔高度时近地面风速日变化则呈现相反特征,即夜间大白天小、午间最小的“峰平谷深”特征,这是由边界层湍流活动的日变化及伴随的低层自由大气动量向边界层内下传所致。（5）延庆高山近地面风速大体上随观测高度而增大,高海拔站点日平均风速数倍于低海拔站点。白天—前半夜,海拔约2000 m的站点冬季盛行偏西风,风向变化不大,但风速为2—12 m/s;1000 m左右的低海拔站则风速比较稳定（< 6 m/s）,风向从午间至傍晚相对多变。      

福州市地面逐时最大风时空分布特征分析

利用2010—2021年福州市地面最大风资料,结合统计和图示法,分析逐时最大风速及对应风向时空分布特征。结果表明：福州市地面逐时最大风速年均值呈减小趋势,静风次数明显增多。月均值呈双峰型,5月最小,10月最大;日变化为单峰型。分风向均值最大为NNE,最小为W。年概率最大风向是NE,最小是W。6—7月主导风向为S,其余月份主导风向为NE。空间分布地域性和季节性明显,高海拔区和沿海南部是风速均值大值分布区,有明显年份突增,且多在中午到傍晚出现。西南地区和罗源湾附近静风占比较高,闽江流域是SW-NW高发区。1月和10—12月风向较一致,2—6月和9月风向较散乱。     

三峡坛子岭单点地面矢量风分析

利用UVW三轴风速仪三峡坛子岭单点地面风观测资料分析了三峡坝区地面风速量值、风向风速出现频率分布、风的日变化规律等，并根据这些观测资料、结合一些地形风理论知识和观测现象推测了三峡坛子岭附近地面风平面流场特征，从而揭示了河道地形回流风这一特殊小地形下的局地风现象。三峡坛子岭附近地面的这种回流风尺度在百米到千米量级，与由于地形热力因子引起的山地风不同，是由于小地形的动力作用引起的，其风向与长江河道引导的山地风相反。     

近33a河南省四季地面水汽压时空分布特征

利用河南省49个地面气象台站1979—2011年的月平均地面水汽压资料,分析了近33a来河南省四季水汽压的时空分布特征,在此基础上,对夏季地面水汽压进行了分区。结果表明:①河南省四季地面水汽压多年平均的空间分布较为相似,都呈现出由西北向东南递增的趋势。②EOF分解表明,河南省四季地面水汽压空间变化的最主要分布是全省一致型。③河南省四季地面水汽压存在明显的年际和年代际变化,除冬季主要存在准15a的年代际变化外,其余季节则在多数时段存在着准5a左右的年际变化;各季地面水汽压均呈线性增加趋势,其中冬春(夏秋)季增加趋势(不)明显。④通过REOF分解,结合地理位置和气候特点,可将河南省夏季地面水汽压分为豫北、豫东南和豫西3个区。     

新疆阿勒泰地区夏季短时强降水时空分布特征

利用2010—2018年夏季阿勒泰地区112个自动气象站逐时降水资料,采用常规统计方法分析了阿勒泰地区夏季短时强降水时空分布特征。结果表明,2010—2018年夏季阿勒泰地区短时强降水的空间分布极不均匀,主要发生在阿尔泰山和沙吾尔山迎风坡、地形陡升区、喇叭口地形、戈壁和乌伦古湖交界区等复杂地形附近;发生次数年际变化大,2017年出现最多达95次,2010年出现最少为10次;极大值出现在2017年6月30日15:00哈巴河县合孜勒哈克村(37.5 mm/h),极小值出现在2015年8月9日17:00福海县工业园区(22.5 mm/h)。旬、日发生频次变化均呈单峰型,旬峰值出现在7月上旬,日高峰值时段出现在午后至傍晚(19时左右);各站短时强降水持续时间为1—2 h,区域性短时强降水最长持续时间为5 h; 2017年短时强降水出现最多、持续时间最长、范围最广、强度最强。     

近50年河西绿洲地面风的时空变化特征

根据河西绿洲13个气象台站1951年1月—200O年12月的地面风资料,统计分析了河西绿洲地面风的时空变化特征。河西绿洲大多数台站夏季盛行偏东风,冬季盛行偏西风,各站的最大风速一般出现在春季。绿洲中静风频率较高,绿洲各站地面风平均风速在20世纪5O年代有一峰值,但时间跨度较短,之后波动增加,至70年代达到峰值,然后逐渐减少。河西绿洲大部分台站从70年代盛行风向发生了改变。河西绿洲一些站的地面风向存在昼夜反向的特征。     

基于试飞任务需求的阎良机场地面风特征研究

利用阎良机场2017—2021年地面气象观测风的资料,统计机场地面风的变化特征,分析特殊地形对地面风的影响,为保障试飞质量提供参考。结果表明：阎良机场盛行风向为东北风和西南风,主导风向为东北风;以东北风为主导风向时,风向昼间随时间呈顺时针偏转,夜间呈逆时针偏转,以西南风为主导风向时,风向昼夜随时间呈相反的变化;地面风表现出明显的地方性特征,不同路径的冷空气在受地形影响后,风向均趋向跑道方向的东北—西南向,风速除了受天气系统影响外,还兼有山谷风和峡谷风的特点;5 a平均风速为 24 m/s,小风速科目试飞的气象条件较为充裕,也有一定的开展ILS（CAT Ⅱ）自动飞行科目试飞的气象条件,开展大侧风科目试飞的气象资源比较稀缺;春季和夏季风速较大,秋季和冬季较小,小风速科目试飞宜安排在9月—次年的2月期间,ILS（CAT Ⅱ）自动飞行科目试飞宜安排在3—5月期间;风速日变化曲线表现为一峰一谷,峰值出现在 12—18时,谷值出现在 02—07时,可以将清晨和午后的机场资源让渡给小风速科目试飞,将ILS（CAT Ⅱ）自动飞行科目试飞安排在中午时段实施。     

如东沿海近地层风速及风能时空分布特征研究

利用如东东凌风塔2005年观测资料,研究了该区域近地层风速及风能时空分布特征。结果表明,如东沿海地区5月前后是大风值时段,12月前后为次大风值时段;日变化中,风速最大值出现在17时左右,且高层滞后低层约1小时;风速随高度按自然对数规律增大,10～25m高度随高度递增较明显,40～60m高度的风速主要集中在4～8m·s^-1;距地面10m高度年平均风功率密度约175W·m^-2,随高度呈现乘幂增加趋势,60m高度处达333W·m^-2,平均约270W·m^-2。     

北京地面O3污染特征及气象条件分析

对2000年北京地区地面O3浓度监测资料和同期气象观测资料进行统计分析，发现北京地区地面O3浓度具有明显的月际、日变化特征及地域分布特征：O3小时浓度在一年中5－8月偏高，6月最高；在一日中12：00－16：00（北京时，下同）偏高；北京地区西、西北部O3浓度高于东北部和城区；分析了O3浓度不同等级的气象特征，影响O3浓度出现日变化和月际变化的主要气象因子是地面最高温度、相对湿度及地面风速等，并给出了日O3浓度最大值的预报方程。     

南京夏季城市热岛时空分布特征的观测分析

利用2010年南京夏季城市热岛三维观测试验资料,分析了南京夏季典型天气条件下城市热岛的时空分布特征。结果表明,南京夏季高温晴天日平均热岛强度达1℃以上,夜间热岛强度稳定且强于白天,热岛分布具有方向性特征并与城市土地利用现状对应较好。白天,城市大气混合层的发展速度和高度均大于郊区;夜间,由于城市大气层结的不稳定及下垫面的粗糙特性,致使城市低空始终存在着一个对流混合层,其高度至少有250 m。城市下垫面高热量储存和强湍流输送的共同作用形成边界层内热岛,热岛强度总体上随高度递减,影响高度在白天约900 m、夜间约300 m。     

台风“妮妲”（1604）登陆期间近地层风特性分析

利用深圳350 m气象梯度观测铁塔获取的台风“妮妲”（1604）登陆期间近地多层风观测资料,分析“妮妲”登陆期间风场和阵风系数等变化特征。结果显示：“妮妲”登陆期间,近地面风速随时间呈增强—减弱—增强—减弱的“M”型特征,风向由西北方向转为南东南;风速随高度增加而增加,其中风速垂直变化最大的时段为“妮妲”后风圈经过期间;垂直方向上,“妮妲”前外围向前风圈过渡期间风向多变,而其他时段风向随高度基本不变;在“妮妲”前外围、前风圈和眼区经过期间,350 m高度以下的风速随高度的变化遵循对数关系,而在“妮妲”后风圈和后外围时段仅适用于150 m以下高度;在“妮妲”登陆过程中,铁塔观测的粗糙度长度约为0.52 m;阵风系数随高度增加而减小,“妮妲”登陆前和眼区的阵风系数较大;另外,阵风系数与风速呈负相关关系,随着风速增加而减小,尤其是风速小于10 m/s时。     

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.     

新疆铁路沿线前百公里风区大风特征统计分析

基于2015—2017年新疆铁路沿线17个大风监测站的逐时观测资料,分析了南疆线前百公里风区的大风时空分布特征,并与著名的百里风区代表站十三间房气象站进行对比分析,结果表明:前百公里风区通常是指新疆著名的三十里风区和百里风区外又一强风区带,风速强劲,大风历时长,其间以铁泉西至三个泉大桥区段风速最大,代表站三个泉大桥瞬间极大风速比十三间房气象站平均大12.2 m/s;前百公里风区平均风速季节变化规律为夏季春季秋季冬季;5月达到月均风速的最大值,1月为最小值;平均风速日变化呈单峰形式变化。大风情况下前百公里风区沿线主导风向较稳定,为NW(西北风)至N(北风)之间。风区中铁路沿线呈东北—西南走向,正好与大风的主导风向相正交,形成横风,对列车运行可产生较大的危害。     

山东高分辨率风能资源分布特征的数值模拟研究

基于WRF3.8.1数值模式,利用FNL 1°×1°再分析资料,对山东边界层10 m、70 m、100 m等高度2017年风场进行了逐日动力降尺度模拟,使用山东122个气象站逐日平均风速,对模拟结果进行了客观评估。结果表明：WRF模式可以较好地模拟出山东逐日平均风速变化特征,但模拟值普遍大于实测值,山东不同区域平均风速模拟效果差异较大,四季误差分析结果与全年略不同;山东沿海、半岛北部丘陵、崂山、日照中部五莲山、鲁中山区各山脉等区域以及微山湖、东平湖等大型湖泊区域年和四季10 m、70 m、100 m高度平均风速、平均风功率密度较大,大汶河、大清河、泗水河、沂河及其支流、淄河、潍河等流域中上游的山区间低矮平原地带较小,但各地风能资源的差异随高度增加而明显减小。平均风速、平均风功率密度时空分布结果可为山东内陆地区分散式低风速风电场的选址、风能资源开发利用提供参考。     

基于SRTM资料的小海岛CFD计算模型构建——以东澳岛为例

提出了一种利用SRTM资料构建海岛CFD计算模型的技术方法,并以珠江口的东澳岛为对象,进行了模型构建试验及边界层风场的数值模拟试验.实验结果表明,SRTM资料作为开源的资料,可有效地解析空间尺度在1 km以内数量级的海岛地形,并可以此为基础构建用于CFD模拟的计算模型,真实地刻画出岛屿的地形.利用计算模型进行的模拟试验表明,岛屿地形对风场的影响明显,且这种影响可以被计算模型有效地描述.所提出的技术未来在海岛风资源评估、风电场选址、污染扩散等领域有望发挥作用.     

海南岛冬季暴雨的时空分布及大尺度环流场特征分析

利用海南岛气象观测站逐日降水整编资料和欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF） ERA5再分析资料,分析了1991—2020年海南岛冬季暴雨的时空分布及环流特征。结果表明：海南岛冬季暴雨在月际分布（12月—次年2月）上存在较大差异性,降雨量级越大,差异越明显;在空间分布上也存在显著的地域性,东部地区发生频次最高,总体上呈现东多西少的分布特征。海南岛冬季暴雨的水汽输送主要以偏东方向为主,气流来自副高南侧的偏东气流和大陆冷高压东南侧的东北气流。海南岛冬季暴雨发生期间,相对气候平均态而言,偏东低空急流较为强劲,中南半岛南支槽形态明显,副高偏北偏西偏强,南亚高压西北向的出流偏强,且南海海域存在显著的海温正距平。     

多云天气下海南岛海风环流结构的数值模拟

利用WRF-Noah耦合中尺度模式对海南岛2012年7月5日的多云海风个例进行三维高分辨率数值模拟,重点分析多云天气条件下复杂地形区域的海风环流结构及其演变特征。通过观测资料与模拟结果的对比发现,WRF模式能够合理地模拟出岛屿四周的海风演变特征。与少云海风日相似,多云海风日中全岛海风于12时开始形成,15时海风发展最为强盛,影响范围最广,18时全岛海风的辐合程度最强,海风辐合区是主要的潜在降水区域。对比山区与平坦地区的海风环流发现,山区海风环流强盛期为13—18时,而平坦地区海风环流强盛期为15—18时。复杂的山地对海风环流结构有直接和间接的影响:一方面在山地地形动力阻挡和抬升作用下,海风环流变得更加清晰完整,间接延长了海风环流的维持时间;另一方面局地地形热力作用形成的谷风环流与海风几乎同时产生和消亡,两者汇合后,谷风的瞬间加强会引起海风锋锋消,瞬间减弱会引起海风锋锋生;两者同相叠加会使得海风环流结构更加完整。相比之下,平坦地区的海风受到的地形动力和热力作用小,海风水平分布比较规则,海风环流垂直结构的变化主要取决于不同方向海风之间的相互作用。     

天津城市热岛效应的时空变化特征

应用2008年天津市14个自动气象站逐小时资料和6h一次的地面常规资料,对天津城市热岛效应的时空特征进行了分析,结果表明：天津市热岛强度的日变化、月变化和年、季特征显著,且天津市热岛强度与城郊站的选择方法有密切关系。通过多元线性回归方法,分析了天津市热岛强度与云量、云高、风向、风速和相对湿度这5种气象要素的相关性,发现风速是影响天津城市热岛效应的显著气象因子,但总体而言气象要素对天津城市热岛效应的影响相对较小。