海气动量通量研究综述

海气界面动量通量也称为风应力,是海流和表面海浪的主要驱动力,是海洋从大气获得动量的重要途径。因此,合理可靠的海洋表面风应力的参数化对于海洋、大气和波浪以及气候模式的准确预报都具有非常重要的科学意义和实用价值。对风应力拖曳系数的参数化是风应力参数化的主要内容。近来的观测发现,风应力拖曳系数随着风速的增加出现了先增后减的趋势,同时还与海面的波浪状态以及海流有关。基于观测或理论分析,目前已经得到了一系列的风应力拖曳系数计算方法或公式,有的考虑了海浪的作用,有的没有,但这些方案大都是适合中低风速,在高风速下的适用性还有待检验。本文回顾了目前在海气动量通量观测和参数化方面的研究进展,并建议应增加高风速下风速、海流以及海浪等的同步观测,以进一步完善风应力参数化方案。     

基于MISR多角度光学遥感影像的海面风速估算实验

太阳耀光是来自粗糙海面的直接太阳反射光,其强度与海面粗糙度密切相关,而海面粗糙度主要受海面风场影响。因此,包含太阳耀光信息的光学遥感影像在海洋动力过程和海面风速探测中具有积极意义。本文利用2016年2月到2017年3月期间成像的25幅Terra卫星MISR(Multi-angle Imaging Spectro Radiometer)传感器的多角度遥感影像,分别提取了太阳的高度角和方位角、正视和后视影像的卫星观测角、方位角等信息,校正获得正视和后视影像的太阳耀光辐射强度,进一步反演海表面粗糙度信息,进而计算海面风速。最后利用ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)的模式风速数据与反演获得的风速结果进行对比验证。结果表明,两者的相关系数较高(R=0.745),均方根误差和平均绝对偏差值分别为1.514 m·s^-1和1.319 m·s^-1。初步实验结果表明,利用MISR多角度光学遥感影像估算海表面风速是可行性的。     

基于SODA资料的南海表层风能输入的空间分布与长期趋势研究

海面风不仅是驱动上层海洋运动的主要动力, 其能量也是维持海洋表层流动的主要机械能来源。为了分析南海表层流风能输入的变化, 用SODA(Simple Ocean Data Assimilation)(1901—2010)资料估算了风向南海表层流(表层地转流+表层非地转流)的能量输入。结果表明, 风向南海表层流、表层地转流和表层非地转流输入的能量总体均呈减少趋势, 110年间分别减小了约56%、65%和49%。导致风能输入减小的最主要因素是风应力的减弱(减小了35%)。由于南海受季风系统的控制, 风向表层流及其各成分输入的能量呈现出显著的季节性变化。冬季风能输入最强, 高值区位于南海西部及北部区域, 呈一个显著的“回力镖”状结构。这些结果对深入认识南海环流具有理论意义。     

太平洋SSTA同中国东部夏季极端降水事件变化关系的研究

基于中国东部1955—2004年233个台站逐日降水和NCEP/NCAR再分析高度场、风场、比湿、地面气压以及NOAA海表温度资料,运用SVD、合成分析等方法研究了太平洋SSTA同中国东部夏季极端降水事件之间的相互关系,结果表明:前期冬季太平洋SSTA同我国东部夏季极端降水事件的关系比较显著;前冬赤道中东太平洋是影响我国华北地区夏季极端降水事件的关键区,若前冬该海域海温发生异常,从冬到夏大气环流先后通过PNA(反PNA)和WP(反WP)遥相关型使得西太平洋副热带高压发生异常,进而使得华北夏季极端降水事件发生异常;前冬热带西太平洋是影响我国东北南部及江南地区夏季极端降水事件的关键区,若前冬该海域海温发生异常,从冬到夏105°~135°E的平均经向垂直环流圈发生异常,使得夏季东北南部与江南地区垂直运动发生异常,进而使得东北南部和江南夏季极端降水事件发生异常。     

极端事件再现时间长程相关性与群发性研究

利用百分位阈值方法定义极端事件,从极端事件再现时间的角度,研究了极端事件发生时间间隔的长程相关性.发现若原时间序列具有长程相关性,则它的极端事件再现时间序列也具有长程相关性;计算表明两者的标度指数α相当接近,这一特性与随机产生的再现时间序列有着本质的差别,再现时间序列的长程相关性是由原序列的长程相关性决定的.具有长程相关性的时间序列再现时间的概率分布明显不同于随机序列,其小值再现时间的概率较大,反映出极端事件的群发现象.本文根据这一特征定义了再现时间的群发性指数,发现时间序列的长程相关性是导     

基于人工神经网络的沿海风速多步预测研究

基于气象历史观测资料,将长短期记忆网络LSTM方法和Transformer模型结合提出了混合短期风速多步预测模型BLSTM TRA。以山东半岛南部沿海6个台站为研究区域,通过气象台站观测数据构建数据集。经与2018年ECMWF模式6 h预报结果对比分析,得出如下结论：构建的BLSTM TRA多步预测模型可大幅度降低风速误差,BLSTM TRA的1 h单步预测结果和ECMWF预报模式结果对比,其RMSE平均降低了58.9%,MAE平均降低了63.2%;风速误差和大风统计过程分析发现,BLSTM TRA模型具有一定的抗干扰能力,可以抓住短时大风等敏感信息,对于大风预报结果明显优于ECWMF模式和传统LSTM模型。     

台风“摩羯”和“利奇马”经渤海强度变化特征分析

利用FY 4水汽云图、NCEP/FNL资料、自动站资料和ERA Interim海温资料,分析入海增强台风“摩羯”（1814）和入海减弱台风“利奇马”（1909）经过渤海强度变化特征。结论如下：台风“摩羯”中心入海增强过程伴随着中高层冷空气侵入,冷空气深入“摩羯”云系中心,台风强度减弱并逐渐消亡。台风“利奇马”入海前冷空气已经侵入台风中心,台风入海后强度减弱,暖心结构变得不对称,低层有清晰的斜压特征。“摩羯”入海前渤海上空为强辐散区,“利奇马”入海前渤海上空为弱辐合场,北上前进方向出现高空辐散有利于台风加强。台风登陆前垂直风切变与台风强度反位相分布,北上后台风垂直风切变与台风强度同位相分布。“摩羯”入海后水汽通道出现断裂,其入海增强更多依赖于热力条件和动力条件。“利奇马”水汽通量和水汽通量散度源于自身环流的贡献。台风“摩羯”入海后潜热加热率激增,“利奇马”低层维持弱潜热加热直至台风消亡。     

1990—2019年新疆不同等级风灾变化特征

风灾对新疆农牧业生产造成极大危害。本研究以风灾造成的倒塌房屋数、倒塌棚圈数、死亡人数、农作物受灾面积、损坏大棚数、牲畜死亡数作为6大灾情要素,运用比值权重和无量纲化线性求和方法构建表达风灾事件强弱的灾损指数,并采用百分位数法将风灾事件的强度划分为一般（1级）、较重（2级）、严重（3级）、特重（4级）4个等级。根据灾损指数和灾害等级,研究新疆风灾的时空变化特征。结果表明：新疆风灾集中于4—5月,南疆多于北疆,吐鲁番盆地和塔里木盆地北部是风灾的多发区和重发区;近30年风灾年出现次数呈显著的线性增加趋势,年灾损指数没有表现出线性增加或减少的变化趋势,其中1～4级风灾的年际变化具有明显的差异性;引发1～4级风灾的极大风速阈值分别为12.9、13.7、14.1、15.0 m〖DK〗·s-1;超过12.9 m〖DK〗·s-1极大风速出现日数逐年增多,加之农牧业生产快速发展,导致风灾年出现次数不断增加。     

基于地心坐标系的卫星导航测风平滑算法

本文从高空风探测原理出发,提出可业务化运行的卫星导航探空系统高空风平滑计算方法。该算法首先根据北斗〖CD*2〗GPS（Global Positioning System）双模式探空仪提供的大地坐标秒间隔数据,基于地心坐标系计算原始高空风;然后,采用矢量滑动平均法对原始数据进行平滑处理。通过与同球施放的芬兰RS92探空系统做比对分析得出,滑动平均窗口在0～32 km高度范围内设置为34 s、在32 km高度以上设置为60 s条件下,卫星导航探空系统与RS92探空系统高空风测量结果吻合较好。该算法计算结果同基于站心坐标系计算的30 s滑动平均风基本相同,但其风速分量误差范围在32 km高度以下略优、在32 km高度以上减小明显,升空全程误差范围更为稳定。     

反向沙丘近地层气流变化及其对沙丘形态的影响

反向沙丘形态-动力学过程是风沙地貌的重要研究内容.选择腾格里沙漠东南缘推平沙地发育的反向沙丘为研究对象,采用二维超声风速仪对沙丘表面5个位置0.25 m和0.5 m高度的气流进行野外观测.结果表明:(1)气流方向影响近地层气流特征.以沙丘脊线垂线为轴,0.25 m高度处沙丘脊线的垂线两侧风向变化不完全对称.当丘顶气流方...