复杂地形与建筑物共存情况下的风场模拟研究

下垫面的复杂性一直是数值模拟所面对的主要难题之一,尤其当复杂地形和建筑物同时存在时,问题变得极其困难,几乎已有的任何单一模式都难以很好模拟出复杂地形上建筑物周边的风场精细结构。为解决这一问题,提出利用中尺度模式RAMS与CFD模式FLUENT耦合的方法,利用RAMS的模拟结果驱动FLUENT进行复杂地形上建筑物周边风环境的精细模拟。数值模拟试验以“鹦鹉”台风登陆期间的香港国际机场为研究对象,模拟了强风条件下机场周边的风场精细结构。将模拟结果与南北两侧跑道边的6个自动站观测数据进行对比,发现风速与风向都较为一致,并较好地描述了由于建筑物所导致的机场南侧着陆航道上的横向风切变,解释了台风期间南侧跑道两架飞机着陆困难的原因。      

卫星散射计与海面平台所测的风场数据比较

基于南海北部海面PY30-1石油平台气象站测风仪2011年7月19日—2012年9月17日实测的风场数据,分别开展了对卫星搭载的ASCAT和HY-2散射计所测风场数据的比较研究,分析散射计的测风能力(选取的时空窗口为30 min和25 km)。结果表明:在南海北部海域,ASCAT 散射计所测风速和PY30-1石油平台气象站观测风速的均方根误差为2.53 m/s,风向偏差较大,均方根误差为47.87°;HY-2散射计所测风速和PY30-1石油平台气象站观测风速的均方根误差为3.41 m/s,风向的均方根误差为58.66°。分别按低、中和高风速的不同条件将ASCAT和HY-2散射计所测的风场数据与PY30-1石油平台气象站观测的风场数据加以比较可知,ASCAT和HY-2散射计都具有较好的测风能力, 前者所测风速与PY30-1石油平台气象站测风仪观测风速的均方根误差稍小于后者。在150 min和15 km的时空窗口下,ASCAT与HY-2散射计所测风速的均方根误差为0.72 m/s,风向的均方根误差为8.50°。     

两种海浪模式对一次台风浪过程的模拟分析

以CCMP（Cross—Calibrated,Multi—Platfoml）风场为驱动场,分别驱动目前国际先进的第3代海浪模式ww3（WAVEWATCH—III）、SWAN（Simulating WAves Nearshore）,对2010年9月发生在东中国海的台风“圆规”所致的台风浪进行数值模拟,就台风浪的特征进行分析,并对比分析两个海浪模式的模拟效果。结果表明：1）以CCMP风场分别驱动WW3、SWAN海浪模式,可以较好地模拟发生在东中国海的台风浪,风向与波向保持了大体一致,波高与风速的分布特征保持了很好的一致性;2）综合相关系数、偏差、均方根误差、平均绝对误差来看,两个模式模拟的有效波高（SWH—Significant Wdve Height）都具有较高精度,SWAN模拟的SWH略低于观测值,WW3模拟的SWH与观测值更为接近;3）台风浪可给琉球群岛海域带来5m左右的大浪,台风浪进入东海后,波高、风速都有一定程度的增加,当台风沿西北路径穿越朝鲜半岛时,受到半岛地形的巨大影响,风速和波高都明显降低。     

Prior wind field induced hydrodynamics and its influence on cyanobacterial bloom in northem bays of Lake Taihu, China

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月梅粱湾及贡湖湾水文、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.     

基于卫星遥感资料的海洋表层流场反演与估算

为解决实际海流资料探测困难,难以大范围有效获取的问题,利用2000～2008年卫星高度计资料和QuikSCAT卫星遥感风场资料,开展了全球海表地转流和Ekman流的反演估算;针对不同纬度地区(赤道和赤道以外地区)地转效应和海洋运动差异,引入不同的运动学模型和反演估算方案,反演得到0.5°×0.5°的逐周全球表层流产品.对比分析表明,卫星资料反演估算的海洋表层流场能较为客观、准确地表现实际海表流场的基本特征,进而为海洋热量和海洋物质输送等研究提供了可用的海流数据信息.     

基于QuikSCAT卫星遥感风场的台风最大风速半径反演及个例分析

建立了一种卫星遥感风场的最大风速半径(Rmax )反演方法.该方法基于 QuikSCAT 风场,结合 JTWC 台风参数资料,将遥感平均风剖面与 Holland 台风模型进行最小二乘法拟合来反演 Rmax.2001-2009年13个台风69幅数据反演结果统计分析表明:用气压表征台风强度的 P 算法遥感反演结果与 JTWC 分析结果的标准差为10.7 km,效果较好.此外,通过0513、0519和0221 3个典型台风过程的 Rmax 演变情况分析表明:对于对称性结构较好的成熟台风,反演结果能较好地反映出不同台风的 Rmax 尺寸差别,台风过程中 Rmax 的演变情况符合台风发展情况;台风风场对称性差、地形以及背景流场的影响,是导致 Rmax 反演出现较大偏差主要因素.     

溢油应急预报业务系统研制

本项目采用"油粒子"模型,通过改进模型中垂向运动模拟方法,考虑海流、海浪、浮力以及湍流对溢油的垂向分布作用,将溢油数值预报模型同三维海流预报系统、海面风场预报系统相衔接,实现了三维溢油漂移扩散运动     

斜压海洋能量传递对风场的响应

风是海水运动的重要动力因素,也是海洋内部的主要能量来源.本文在应用陆架海洋模式HAMSOM对东中国海海水运动进行数值模拟的基础上,通过傅里叶变换、旋转谱分析等研究方法,对风向海洋的能量输运进行研究.研究结果显示,风场向海洋输运的最有效途径是风杨扰动量与流场扰动量的相互作用;惯性能量主要来源于海洋表层,由风场提供,向下传递;而潮频率能量大部分来自海底的内潮与底地形相互作用,向上传递.     

太湖风浪场的计算与比较

首先探讨了浅水风浪数值模型—SWAN模型应用于模拟内陆湖泊风浪生成和传播变形时的特点。该模型存在不能有效地模拟近固壁边界处风浪场的缺点,以能正确地模拟湖区的风浪场和节约计算时间为原则,确定了计算范围。对太湖进行了风场和风浪场的现场观测。分别利用规范公式和SWAN模型两种方法、根据观测和预报的风场计算了湖区的有效波高,并将计算结果和现场观测值进行了详细比较。结果表明基于观测的风场,利用两种方法所计算的太湖风浪场的精度基本相当;在根据观测的风场、利用SWAN模型计算内陆湖泊的风浪场时,需要精心选择恰当的风场;在根据预报的风场预报湖区风浪场时,SWAN模型的精度要高于规范公式的精度。     

河北省一次强对流天气机理分析

利用常规天气资料、气象自动站加密观测资料及乡镇加密雨量站资料、其它物理量资料及卫星云图资料等,对2009-06-08河北省的强降水及强对流天气进行了分析。研究表明,蒙古低涡携带强的正涡度平流和冷空气,为强对流天气提供了良好的动力条件;南风与偏东风急流为大暴雨提供了良好的水汽,同时,低涡底部的西北风急流与2支暖风急流汇合,为暴雨、冰雹、大风等强对流的形成提供了条件。暴雨落区处于低层次大值能量场的顶部,能量场剖面具有鞍形场结构,高层、低层具有大值能量,中层为中性结构,为深对流的发展提供了初始热力条件。自动气象站加密风场资料分析表明,长时间的中小尺度风场辐合增强了地面空气的辐合抬升,同时也是造成此次局地大暴雨的中尺度系统和触发条件。