The influence of Stokes drift on oil spills: Sanchi oil spill case

Spilled oil floats and travels across the water’s surface under the influence of wind, currents, and wave action. Wave-induced Stokes drift is an important physical process that can affect surface water particles but that is currently absent from oil spill analyses. In this study, two methods are applied to determine the velocity of Stokes drift, the first calculates velocity from the wind-related formula based upon a one-dimensional frequency spectrum, while the second determines velocity directly from the wave model that was based on a two-dimensional spectrum. The experimental results of numerous models indicated that: (1) oil simulations that include the influence of Stokes drift are more accurate than that those do not; (2) for medium and long-term simulations longer than two days or more, Stokes drift is a significant factor that should not be ignored, and its magnitude can reach about 2% of the wind speed; (3) the velocity of Stokes drift is related to the wind but is not linear. Therefore, Stokes drift cannot simply be replaced or substituted by simply increasing the wind drift factor, which can cause errors in oil spill projections; (4) the Stokes drift velocity obtained from the two-dimensional wave spectrum makes the oil spill simulation more accurate.     

旋翼无人机测算风速风向技术研究

目前大部分民用无人机没有准确测量风速、风向和预警风场的功能,然而森林火灾扑救等多种场景需要无人机可以提供准确的风速。本文提出了一种基于旋翼无人机坐标数据测算风速风向的技术,通过无人机主机RTK坐标信息及方位角、倾角数据精准获取螺旋桨点相对坐标信息,选择不同负载条件下无人机以1~16 m/s的不同速度分别飞行30 s以上,根据螺旋桨坐标信息变化数值,结合风洞测试数据及风场动力学原理,研究风速与旋翼无人机倾角关系,并通过风洞试验检验该方法精度;并可根据无人机RTK推算出的螺旋桨坐标变化信息判断风向。结果表明,无人机风速与旋翼无人机倾角呈正相关关系;无人机负载加重时,对应受风速干扰的倾角会相对减小;无人机飞行受阵风干扰出现噪点的概率,高海拔区域大于低海拔区域;并建立六旋翼无人机飞行倾角的风速估算模型y=－1.043 5+1.150 1x,该模型测算风速的中误差值为0.966,绝对值小于1,满足应急指挥现场对无人机测量风速精度要求。该方法得到风速测算精度高,可以为旋翼无人机实时获取风速风向提供一种可行方法,具有一定的实用价值。     

环渤海区域再分析资料地面风速场的适用性对比分析

利用环渤海区域的气象站资料和NCEP/NCAR、NCEP/DOE、CFSR、ERA Interim、JRA-55共5种再分析资料,讨论了再分析资料近地面10 m平均风速场在环渤海区域的适用性问题。结果表明：JRA资料与观测站的相关系数最大,ERA资料与23站均方根误差的平均最小;再分析资料与气象站观测资料的相关系数在山东半岛和辽东半岛高于其他地区、冬半年大于夏半年。环渤海区域地面10 m平均风速场JRA和ERA两套资料的适用性较好。由于ERA-Interim的水平分辨率更高,所以在强风过程分析中确定使用ERA Interim再分析资料。     

前期风场控制的太湖北部湖湾水动力及对蓝藻水华影响

为明确前期风场对太湖北部湖湾水动力及蓝藻水华分布的影响,对2008年9月梅梁湾及贡湖湾水文、水质及气象开展了同步观测,结果表明:受前期东北风影响,梅梁湾及贡湖湾表层、中层及底层湖流流向均顺风向自湾内流向湾外,两个湖湾均不存在补偿流.表层湖流对风场变化响应敏感,而中场及底层流场对风场变化响应存在显著滞时.在偏南风作用下,梅梁湾表层湖流能快速形成顺时针环流.在偏西风作用下,贡湖湾表层湖流流向虽未发生偏转,但是湖流流速显著减小并导致流速沿水体垂向呈递增分布.观测期间水动力强度对太湖北部湖区叶绿素a浓度垂向分层及蓝藻水华水平漂移均具有重要影响.在水动力滞缓水域,蓝藻水华易在水表发生漂移堆积.在水动力强度较大水域,强烈的垂向混合作用能使蓝藻沿水深方向混合均匀,降低水华暴发风险.相对于水动力条件,营养盐对叶绿素a浓度空间分布的影响较弱.     

武汉城市区域水陆风环流的形成与转化特征研究

大气细颗粒物PM_2.5污染引起的雾霾天气既与本地污染物排放密切有关,也受局地特殊的风场影响.本文以武汉城市区域为研究对象,分别研究了长江沿岸的江陆风环流、东湖沿岸湖陆风环流的形成与转化特征,发现江风、湖风开始时间均为07：00-08：00,一年中最大风速均能达到2 m/s左右,而春夏季江风的持续时间高于秋冬季,夏季湖风的持续时间高于春季.同时发现区域附近温度和相对湿度之间有明显的相关性,湿度变化趋势大体上跟温度变化趋势相反,且温度对相对湿度的影响存在一定的滞后性,延迟时间大约为1 h.     

2016年山东一次阵风锋触发的强对流天气分析

利用常规观测、区域自动气象站、NCEP/NCAR再分析和雷达回波资料,对2016年6月30日山东一次阵风锋触发的强对流天气进行了分析。结果表明,此次强对流主要发生在高空槽与副热带高压相互作用、山东高低层受一致西南气流影响的环流形势下,阵风锋、地面辐合线和负变压中心所产生的抬升作用及近地面层冷空气的侵入使气温骤降是触发对流的关键因素。低层水汽充沛、湿层厚,属于上干下湿的不稳定层结。强对流发生区域处在假相当位温差（Δθse）和风暴相对螺旋度（storm relative helicity,SRH）的大值中心及其右侧位置。对流有效位能（convective available potential energy,CAPE）、850 hPa与500 hPa之间温差、大风指数、强天气威胁指数等都对此次强对流有较好的指示作用。0 ℃层高度和融化层高度较高是此次过程未出现大冰雹的原因。较强的0～3 km垂直风切变在强对流预报业务中需要注意。此次强对流过程是线状回波带前侧风暴内出现了阵风锋,阵风锋又不断触发雷暴使个别强单体风暴发展加强成为超级单体风暴,具有持续时间较短的中气旋、高悬的强回波、有界弱回波区、风暴顶辐散、窄带回波、径向速度大值区等回波特征。风暴移动速度比风暴承载层平均风速大,缩短了超级单体存在时间。此外,风暴参数与天气的强烈程度密切相关。     

南亚高压区Rossby波能量向上穿越对流层顶传播的特征与机制

夏季平流层盛行强东风,Rossby波能量难以从对流层向上传播至平流层,而冬季平流层盛行西风,Rossby波能量容易上传,因此以往对Rossby波能量向平流层传播的研究多考虑冬季的情况.而事实上,因为夏季高原上空南亚高压反气旋环流,并非只有强东风存在,所以Rossby波能量也可能在南亚高压区向上传播,从而影响平流层的温度、风场及大气成分等.因此,本文利用ERA-interim逐日再分析资料,分析了1979-2015年夏季南亚高压区Rossby波能量穿越对流层顶传播的特征与机制.结果表明：Rossby波能量可以从南亚高压西北部的窗口区上传至平流层,最高可到达平流层顶,而在南亚高压的其他部分,Rossby波能量均不能穿越对流层顶上传或穿越对流层顶后无法继续上传.南亚高压西北区Rossby波能量可以穿越对流层顶传播的原因是盛行西风,且西风急流出现的频率很小,同时涡动热量通量异常引起的垂直分量的第一项对其上传有很大贡献.南亚高压东北区也盛行西风,然而Rossby波能量不能向上穿越对流层顶的原因是强西风出现频率较高,且温度脊与高度脊位相相近,不利于上传.南亚高压南部均盛行东风,在平流层中下层均为稳定层结,因此Rossby波能量很难上传.南亚高压西南区在对流层位于青藏高原环流的伊朗高原下沉区附近,层结稳定,并且温度脊超前于高度脊,所以Rossby波能量很难上传.而南亚高压东南区在对流层位于南海-西太平洋热带幅合带,层结不稳定,存在Rossby波能量较弱的上传,达到对流层顶后无法继续上传,该区域温度脊落后于高度脊的温压场配置也为Rossby波能量在对流层内的传播提供了条件.

     

基于激光雷达测风数据的复杂地形下风力机尾流特性研究

以张家口某处风电场为实验场地,采用两台多普勒激光雷达(Wind3D 6000和WindMast WP350)分别测量风力机的尾流和来流风速,对全尾流、半尾流和独立尾流3种工况进行研究。结果表明,3种工况下随着尾流发展尾流宽度均不断变大,而尾流深度和速度衰减则不断减小;全尾流和半尾流工况中,上游风力机的存在会增加下游风力机尾流宽度,且全尾流比半尾流的增加量大;全尾流和半尾流工况中,相较于上游风力机,下游风力机尾流深度和速度衰减均较小。     

风电场风资源测量与计算的精度控制

根据多个复杂地形风电场观测操作实践和大量观测数据的计算分析,提出了对观测数据和计算质量精度控制的主要措施,包括:复杂地形测风站布设的5个原则,仪器的合理选型和设置;对由于测风仪固有的系统误差和缺测数据的插补订正可能引起的计算误差进行了定量估算,通过对大量实测数据的对比计算显示:①目前普遍采用的进口风速计的相对偏差在1.6%～5.25%之间,由此可导致轮毂高度附近的年平均风功率密度误差在5%以上,最大达13.8%;②在季风气候区、复杂地形和风的年变率较大的地区,进行缺测数据插补订正时,应选取同季或同一主导风向的数据作为插补订正的基础数据,否则可能导致其平均风功率密度相对误差达20%～50%.     

集合预报风场扰动的物理结构及演变特征

初始扰动结构和振幅的合理性直接影响到集合预报的质量和整体性能,合理的初始扰动结构是确保集合预报扰动质量的关键.本文基于欧洲中期天气预报中心数据、我国T639全球集合预报系统以及GRAPES区域集合预报系统的预报场,针对模式初值不确定性,主要研究了风场初始扰动结构及其集合离散度、扰动能量等结构和演变特征,分析了集合预报风...