复杂地形风场的精细数值模拟

风能是一种重要气候资源,随着我国风电规模的迅速增大,发展风能资源评估系统和风功率预测系统已成为一项重要的研究内容。国内外对复杂地形风场结构的数值模拟有大量研究,随着计算机能力增强,以往用于空气动力学精细流场计算的计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)模式越来越多地在气象领域得到应用,人们开始研究用中尺度预报模式和CFD模式结合进行复杂地形风场的数值模拟。本文的耦合模式系统采用中尺度气象模式(WRF),通过嵌套网格到内层尺度(一般是几公里),然后通过耦合CFD模式Fluent软件获得高分辨率(水平30~100 m,垂直150 m高度以下10 m)的风速分布资料,得到精细化的风场信息。通过对鄱阳湖北部区域和云南杨梅山复杂地形的风场模拟,提供了风能评估和预报的一种可行的方法。     

连云港沿海地区及近海风能资源评估

通过对连云港市30多年气象整编资料及沿海高密度自动气象站、6座测风塔、4座海岛气象站等加密观测资料研究,在充分考虑当地特殊地形特点的基础上,探讨了该地区沿海及近海风能资源的时空分布规律及特点,并重点对风湍流强度的特征及强湍流对风电的影响进行了剖析;研究表明,近海地区风能资源储量相对丰富,风速变化稳定,且风垂直切变较小,具有更为广阔的开发利用前景.     

中国北方农牧交错区交通用地风蚀个例分析-以河北丰宁县坝上大滩镇东沟村为例

对中国北方农牧交错区风蚀变化最为明显的地区进行定点研究,并选取一个小流域作为研究对象。测量了农村交通用地的土壤风蚀状况,计算结果表明：交通工具对十壤作用加速了土壤风蚀过程．扣除车轮挤压地面下降外,交通工具引起的土壤风蚀速率在2．9～3．8cm／a之间。由此可见。在减缓农牧交错区土壤风蚀方面。农村交通道路风蚀问题必须予以考虑。根据社会经济的发展．对交通道路进行固化可减缓这类用地的风蚀状况。     

PLANETARY BOUNDARY LAYER HEIGHT MEASURED BY A WIND PROFILER BASED ON THE WAVELET TRANSFORM

Planetary boundary layer height (PBLH) is an important input parameter for any boundary layer study or model, either climate or atmospheric. The variation of the PBLH is also of great significance to the physical processes of numerical prediction, diagnosis of weather forecasting and monitoring urban pollutants. However, effective ways to monitor the PBLH continuously are lack. Wind profilers are commonly used in monitoring PBLH continuously because of its high temporal and spatial resolution, coupled with capability of continuous detection. In this paper, the covariance wavelet transform (CWT) is used to analyze the range-corrected signal-to-noise ratio (SNR) of the wind profiler to determine the PBLH, which is then compared with the results measured by the gradient method and the radiosonde. The conclusions are as follows: (1) The scaling parameter a and translation parameter b of the wavelet are critical in determination of the PBLH by applying the CWT as different values may get completely different results, which requires to select appropriate values in the calculation carefully. (2) Quality control is crucial in determining the PBLH because good quality control can help remove mutation points, which makes the determined PBLH more consistent with the actual situation. (3) In clear-air, the gradient method is not applicable if the boundary layer turbulence is inhomogeneous and the impact of noise is large for that it is easy to be impacted by the mutation of SNR caused by the atmosphere turbulence instability and other factors, which will cause large errors, while the CWT method as an improvement of the gradient method can determine the PBLH quite well. (4) Through quality control, the PBLHs determined by the CWT are consistent with those of radiosonde, and the correlation coefficient between them is 0.87.     

结合毫米波雷达提取降水条件下风廓线雷达大气垂直速度的研究

风廓线雷达主要是利用大气湍流对电磁波的散射作用,在晴空条件下对大气风场等进行探测。在降水天气下,风廓线雷达能同时接收到大气湍流回波和雨滴的散射回波信号,其探测到的回波功率谱中降水信号谱和大气湍流信号谱叠加在一起,使得大气的运动被雨滴的运动信息所掩盖,给后续的大气风场反演带来误差。而毫米波云雷达在降水天气下仅能探测到云雨粒子的回波而无法探测到大气湍流回波,基于这一差异结合毫米波云雷达资料对风廓线雷达功率谱数据进行订正,剔除其中的降水回波信息,进而获取正确的大气运动垂直速度。通过一次典型弱降水天气过程的雷达资料对该方法进行了可行性验证,并将计算得出的大气垂直速度与传统双峰法提取的大气运动垂直速度及原始风廓线雷达垂直速度进行了对比分析,显示在弱降水天气下该方法能有效消除降水对风廓线雷达垂直速度测量的影响,提高弱降水天气下测速准确率,并且在湍流谱极其微弱的情况下该方法也能准确地获取到大气运动垂直速度信息。但是云雷达回波在降水时会有衰减,虽然是弱降水也会导致在高层距离库上的订正效果变差,故目前只适用于弱降水时低距库处的降水订正。      

TURBULENCE STRUCTURE IN A STRATIFIED BOUNDARY LAYER UNDER STABLE CONDITIONS

Turbulence structure in stably stratified boundary layers isexperimentally investigated by using a thermally stratified wind tunnel. Astably stratified flow is created by heating the wind tunnel airflow to atemperature of about 50 °C and by cooling the test-section floor to asurface temperature of about 3 °C. In order to study the effect ofbuoyancy on turbulent boundary layers for a wide range of stability, thevelocity and temperature fluctuations are measured simultaneously at adownwind position of 23.5 m from the tunnel entrance, where the boundarylayer is fully developed. The Reynolds number, Re, ranges from 3.14× 104 to 1.27 × 105, and the bulk Richardson number, Ri,ranges from 0 to 1.33. Stable stratification rapidly suppresses thefluctuations of streamwise velocity and temperature as well as the verticalvelocity fluctuation. Momentum and heat fluxes are also significantlydecreased with increasing stability and become nearly zero in the lowest partof the boundary layer with strong stability. The vertical profiles ofturbulence quantities exhibit different behaviour in three distinct stabilityregimes, the neutral flows, the stratified flows with weak stability(Ri = 0.12, 0.20) and those with strong stability (Ri= 0.39,0.47, 1.33). Of these, the two regimes of stratified flows clearly showdifferent vertical profiles of the local gradient Richardson number Ri,separated by the critical Richardson number Ri cr of about 0.25. Moreover,turbulence quantities in stable conditions are well correlated with Ri.     

孟加拉湾的叶绿素a,海表温度和风速的趋势

孟加拉湾（BoB）是一个高能量活跃的地区,其短期内的动态变化将对浮游环境产生巨大影响."风泵"能够在BoB海域导致垂直的混合从而影响海表温度和叶绿素浓度.本文对2006——2016年的月平均Aqua-MODIS叶绿素a （chl-a）浓度数据和Sea WiFS月度气候态数据进行了分析,研究了叶绿素浓度的时间/季节变化和温度以及风速的关系.基于季风期间的chl-a变异与海表温度（SST）,评估了在BoB海域它们之间的关系和变化.chl-a浓度值的趋势分析表明,该区域的垂直混合非常低,冬季最高,夏季最低.冬季最大chl-a浓度值为0.50 mg/m³,并且从2月开始下降到夏季季风期间.与冬季季风相比,夏季季风期间叶绿素表现出较低的浓度.在夏季季风期间,特别是在7月和8月,由于云层密集,卫星传感器无法准确捕获chl-a浓度值.chl-a浓度和SST之间相关系数R²值为0.218 1.     

不同天气条件下脉冲激光风廓线仪测风性能

将2012年5月21日-8月16日广东省湛江市东海岛气象观测站内脉冲激光风廓线仪WINDCUBE V2与气象站内的100 m测风塔进行同步观测试验,在经过观测数据同步性调整、有效性检验和代表性样本筛选基础上,分大小风和有无降雨天气过程,对杯式测风仪、超声风速仪与激光风廓线仪的同步测风数据进行比较,结果显示:脉冲激光风廓线仪与杯式测风仪测量水平风参数的相关性较好,10 min平均风速、风向的线性拟合度均大于0.99,3 s阵风风速的拟合度大于0.96,湍流强度的拟合度大于0.67,风速标准差的拟合度大于0.79;大风情况下,激光风廓线仪对风参数的测量效果更佳。无降雨情况下,激光风廓线仪的测量效果较降雨时略好,10 min降水量小于15 mm的降雨对这款激光风廓线仪的风速、风向、湍流强度、3 s阵风风速的测量没有显著影响,对风速标准差有一定影响。当水平风速增大和有降雨时,激光风廓线仪对垂直速度的测量效果欠佳。该对比分析可为激光风廓线仪观测数据的可靠性提供参考。     

基于ASCAT风场数据的中国近海风能资源评估

卫星反演海面风场资料能够弥补海上气象测风资料缺乏的不足,对近海风能资源评估具有重要意义。通过ASCAT(Advanced Scatterometer)风速数据与美国及中国近海岸浮标测风资料的对比分析,结果表明,ASCAT风速的均方根误差为1.27 m·s-1。比较利用近海岸浮标逐小时风速及与其相匹配ASCAT瞬时风速计算的各项风能参数,得出ASCAT与浮标的平均风速和风功率密度的残差分别在±0.5 m·s-1和±50 W·m-2以内,该残差占浮标计算结果的比例分别在±8%和±12%以内。使用ASCAT风速资料拟合的Weibull分布函数与浮标的结果较吻合。因此,ASCAT风速资料也能够为海上风能资源评估提供有用的风能参数信息。最后使用ASCAT瞬时风速数据分析了中国近海10 m及70 m高度处的风能资源的空间分布特征,结果表明,台湾海峡平均风速和风功率密度最大。     

乌鲁木齐市边界层日变化特征

利用乌鲁木齐市晴天CFL-03型风廓线雷达观测资料,分析了边界层日变化特征。得出结论如下:边界层结构季节变化明显。冬、春季300~600m以下风速较小,小于3m/s,且愈近地面风速愈小;以上风速大、风向恒定,基本为东南大风。夏季和秋季风速比冬季和春季小,流场特征较复杂,水平风速和风向变化较活跃,存在明显的风切变。折射率结构常数春、秋和冬季比夏季分别小1个、3个和1~3个量级;夏季最大,集中在10~(-16)~10~(-13) m~(-2/3)之间。春、夏和秋季晴天湍流动能耗散率量级分别在10~(-6)~10~(-2) m~2·s~(-3)、10~(-4)~10~(-3) m~2·s~(-3)、10~(-6)~10~(-3) m~2·s~(-3)之间;白天比夜间约大1个量级。晴天折射率结构常数和湍流动能耗散率日变化特征与风场日变化特征有较好地对应关系,即湍流发展旺盛的区域与风速较大的区域相一致。风廓线雷达资料反演的湍流动能耗散率对春季和夏季边界层结构日变化演变特征的监测较好。夏季夜间稳定边界层约400~500m,残余层可达到约1800m,对流边界层可发展到约2500m,混合层约2200m,夹卷层约300~400m。