Measures for safe driving at violent-wind section of Xinjiang Expresswav

为达到提高强横风天气条件下高速公路不同类型汽车安全、高效行车的目的,采用工程气象学、流体力学、风监测技术、公路工程技术、空气动力学及概率论相结合的方法,以新疆“五横七纵”高速公路沿线100多个气象站近50a(1961 -2010年)大风日数资料,选取50个有自记记录气象站场次强风资料,以及沿线7个6要素5层梯度风1a监测资料、10个铁塔梯度风和30个大风监测站近10a(2001 -2010年)监测资料,进行信息化和规范化整编.在大量详实资料基础上,对高速公路沿线最大瞬时风速的空间分布、垂直分布、水平分布进行系统分析和研究.采用三级区划指标体系,等概率分区原则,将新疆高速公路沿线风害危险区划分为5个大区,Ⅰ特强重大危险区、Ⅱ强重大危险区、Ⅲ重大危险区、Ⅳ中度危险区、V较轻危险区.提出了新疆高速公路强横风区间安全行车防护对策由风害防控信息管理技术和防风栅防护技术组成.并将风害防控信息管理技术规则中等概分区界限值(阈值)与现场强横风监测结果进行验证.研究结果表明:当瞬时风速＜12.0 m/s,不同类型车辆正常运行;12.0 m/s≤瞬时风速＜17.0 m/s,小客车停运,大货车限速60 km/h;17.0 m/s≤瞬时风速＜20.0 m/s,大货车停行;20.0 m/s≤速瞬时风速＜25.0 m/s,大客车、大卡车限速60 km/h以下;速瞬时风速≥25.0 m/s,大客车、大卡车停运.以概率风险不同级别的形式来反映最大瞬时风速在线路上的规律性,它含盖50a最大风险.为高速公路汽车安全运行以及公路风害防控技术提供理论支撑.     

阿拉尔——和田沙漠公路风沙运动若干规律监测研究

以塔克拉玛干沙漠为研究区域,将覆盖塔克拉玛干沙漠的17个气象站近50 a(1961-2010年)历史资料与沙漠公路沿线近3 a(2007年4月~2010年4月)5层梯度风短期监测资料,以及沙漠公路7种防风阻沙体系下典型横断面5层梯度风监测资料进行信息化整编和规范化计算,对阿和沙漠公路风沙运动若干规律进行了系统研究。结果表明:(1)阿和沙漠公路沿线气象站10 m高度最大瞬时风速与沿线梯度风监测站及短期监测站距路面4 m高度最大瞬时风速具有空间相关性,平原路段空间代表性为20~40 km;特殊路段空间代表性为5~10 km;(2)沙漠公路沿线迎风侧最大瞬时风速比背风侧偏大1.15~1.30;(3)沙漠公路沿线2 a一遇最大瞬时风速水平分布规律是以沙漠公路中部向南北递减,最大值出现在k66.7~k326区间;(4)沙漠公路北部强风主风向WNW和N风,次强风主风向ENE和NE风;沙漠公路中部全年强风主风向ENE和NE风,次强风主风向为NNW风;沙漠公路南部全年强风主风向W风,次强风主风向为WNW风;(5)沙漠公路沿线起沙风是随7种防风阻沙体系的作用存在明显差异,以芦苇、草帘子方格防风阻沙体系下2 m高度的起沙风速和沙粒过路临界风速为最大,分别为8.0~9.0 m/s和10.0~11.0 m/s,对输沙贡献最大的有效瞬间风速在8.0~15.0 m/s之间;黑土工袋方格防风阻沙体系下起沙风速为4.0~5.0 m/s,沙粒过路临界风速为5.0~6.0 m/s,防风阻沙效应最差,建议更换。     

新疆“百里、三十里风区”铁路沿线设计风速研究

为使通过新疆“百里、三十里风区”的铁路抗风达到既安全又经济的目标,使用风区内气象站和铁路测风站风资料分析了风速风向的分布规律和两种站之间风速相关关系,采用极值Ⅰ型分布推算确定了铁路沿线合理的设计风速.研究表明:十三间房和达坂城是两风区平均风速和最大风速的最大站,年平均风速分别为5.4 m/s和6.1 m/s,10 mi...     

南极长城站(1985—2008)和中山站(1989—2008)风和降水等要素的气候特征

利用南极长城站和中山站的降水、风、湿度、气压和云量等高质量的地面气象观测资料,对两站基本气候特征和变化趋势进行了分析。结果显示,长城站年降水量为503mm,年际变化呈减少趋势,变化速率为-27mm/10a。长城站和中山站年降水日数均呈下降趋势,变化速率分别为-2.9d/10a和-12.1d/10a。长城站和中山站年平均相对湿度分别为88%和58%。长城站年平均湿度总体上呈不明显下降趋势,中山站没有趋势。长城站盛行风向为西北风,中山站为偏东风,年平均风速分别为7.3m/s和7.1m/s。两站年平均风速呈减小趋势,变化速率分别为-0.09m/s/10a和-0.23m/s/10a。长城站平均大风日数为137d,记录的极大风速为37.2m/s。中山站平均大风日159d,记录的极大风速为50.3m/s。长城站和中山站年平均气压分别为990hPa和985hPa,变化速率分别为0.65hPa/10a和-0.80hPa/10a。其变化趋势相反,并与两站风速和大风日数及降水日数的变化倾向基本相同。长城站和中山站月平均云量分别为8.8和6.2,其差异显示了两站所处气候带的特点,即长城站地区全年阴天多、云量大,中山站则与此相反。     

布古里沙漠部分地区风沙环境特征分析

布古里沙漠位于喀什绿洲和叶尔羌河绿洲之间,具有独特的地貌特征和风沙环境特征。通过对布古里沙漠部分地区的气象资料分析和野外实地风沙观测,对其风沙环境特征进行了分析。结果表明：布古里沙漠的沙粒平均粒径是0.16 mm,起沙时间集中在每年的4～9月,风向主要是西北风和东北风,偏西北风略强;在2 m高处测量的裸露沙面起动风速的是3.0 m/s,植被覆盖率为7%,起动风速为5.2 m/s,植被覆盖率为14%,起动风速为6.8 m/s;当平均风速为6.7 m/s时,气流输运沙子主要在近地表面0～10 cm,,风沙流中含沙量随垂直高度呈指数衰减,给出了风沙流的含沙量随垂直高度分布的相关方程和参数。     

河西走廊风能时空特征

利用河西走廊地区1970-2004年风速气候资料和2004年9月-2005年8月周年风塔精细资料,采用气候订正和即时风速订正,得到接近自然的风速,依此研究了该区域近地面70 m层内风能分布。结果表明:河西走廊区域风速变幅较小、气候变化趋势较稳定;有效风速(≥3 m/s)时数在6 000 h/a,10 m高度风能大多在150 w/m2以上,风能随高度线形增长(在70 m高度层内),平均每升高10 m风能增加28 w/m2;10~70 m层内总风能年储量相当丰富,普遍在1.5×1016kWh/m2(千瓦时/平方米)以上,潜在年产值达千万亿元。河西走廊风能存在明显周日和月季变化,风能和有效风速时数存在空间差异,其时空差异与河西走廊独特的戈壁下垫面关系密切。     

库姆塔格沙漠大尺度风场特征分析

利用美国NCEP/NCAR1979—2006年27 a地面10 m高度的日平均风场再分析-2资料以及46 a的地面常规气象站观测资料和1 a的沙漠中自动气象站观测资料,对库姆塔格沙漠地区风场进行了统计与诊断分析。结果表明：沙漠地区,一年四季北风和东北风为近地面主要存在的风向,春季风速最强,夏季次之,秋冬季最弱;在夏秋冬季节,由于北风的逐渐减弱,加上受到南侧阿尔金山和青藏高原风场的影响,南下的气流在沙漠南侧分为三支,分别流入新疆、青海和甘肃。春夏季节在沙漠北侧基本都是以东北风或者西北风吹向库姆塔格沙漠,秋冬季节,沙漠地区出现西南风。根据沙漠周围6个气象站风场风速显示,库姆塔格沙漠地区风速存在明显的周期变化,在过去的10多年中库姆塔格沙漠周围风场风速处于一个低谷期,但最近几年风速有不断加强的趋势。     

上海地区不同重现期的风速估算研究

基于上海气象站历史风速观测资料,采用极值I型和皮尔逊III型分布估算了上海市不同重现期最大风速的时间变化以及各区（县）不同重现期最大和极大风速的空间分布。结果表明,1901~2011年,上海市10、30、50和100 a重现期的最大风速分别为21.0、24.9、26.7和29.2 m/s。1974~2011年期间,上海各区（县）10 m高度10、30、50和100 a重现期的最大风速都是以南部沿海地区南汇或金山最大,分别为19.0、21.4、22.6和24.1 m/s;各重现期极大风速也是以南汇或金山最大,分别为32.3、36.4、38.4和41.0 m/s。中心城区各重现期的最大和极大风速都最小。     

塔克拉玛干沙漠风沙活动强度特征

通过风资料的统计和计算,对塔克拉玛干沙漠风沙活动强度特征进行了系统研究。结果表明,塔克拉玛干沙漠年平均风速较小,在沙漠内部年平均风速与温度变化呈现“风热同步”现象;有效起沙风作用时间存在明显区域差异,随着风速等级的增加,其出现的频率相应减少,基本上都集中在6.1～10.0m/s之间;输沙势和最大可能输沙量,除若羌地区外,整个沙漠属于低风能环境,且存在很大区域差异,对输沙贡献最大的风速以9.0～11.0m/s为主。     

上海地区不同重现期的风速估算研究北大核心CSCD

基于上海气象站历史风速观测资料,采用极值I型和皮尔逊III型分布估算了上海市不同重现期最大风速的时间变化以及各区（县）不同重现期最大和极大风速的空间分布。结果表明,1901~2011年,上海市10、30、50和100 a重现期的最大风速分别为21.0、24.9、26.7和29.2 m/s。1974~2011年期间,上海各区（县）10 m高度10、30、50和100 a重现期的最大风速都是以南部沿海地区南汇或金山最大,分别为19.0、21.4、22.6和24.1 m/s;各重现期极大风速也是以南汇或金山最大,分别为32.3、36.4、38.4和41.0 m/s。中心城区各重现期的最大和极大风速都最小。     

黄土高原中东部沙尘与非沙尘天气花粉组成及来源范围

通过黄土高原两个不同地区(浑源、洛川)沙尘与非沙尘天气花粉组合的对比来探讨主要花粉类型最大传播距离。结果表明：沙尘天气花粉汇集量明显高于非沙尘天气,特别是蒿属和藜科花粉,沙尘天气平均是非沙尘天气的3倍以上。随风速增大,花粉可能的最大源区范围明显增大。风速低于3.3 m/s时,蒿属和藜科花粉多来自100 km范围内,其他类型花粉来源范围不超过20 km;风速大于5.9 m/s时,蒿属和藜科花粉源区范围增至300 km以上;其他类型花粉不超过100 km。风速达到12.5 m/s时,蒿属及藜科最大花粉源区范围可达1000 km,其他类型花粉不超过300 km。浑源地区不论平均风速还是最大风速均明显高于洛川地区,因此,主要花粉类型可能的最大源区范围达200 km,大于洛川地区(低于100 km)。     

风沙流和净风场中瞬时水平风速廓线特征比较

为进一步认识风沙流和净风场中瞬时水平风速廓线特征的异同,在风洞中分别对风沙流和净风场中瞬时水平风速廓线进行了测量,风速采集时间间隔缩短至0.01s,分析了风沙流和净风场中瞬时水平风速、瞬时摩阻风速和瞬时空气动力学粗糙度的变化特征。结果表明：相同来流条件下,风沙流中水平风速脉动强度高于净风场,风沙流中瞬时摩阻风速、瞬时空气动力学粗糙度以及它们的脉动幅度均大于净风场;风沙流和净风场中瞬时摩阻风速概率密度分布均可以表示为正态分布,但其正态分布的特征值却存在一定差别;净风场中瞬时空气动力学粗糙度的概率密度分布表现出单调递减分布,而风沙流中瞬时空气动力学粗糙度的概率密度分布呈现出单峰分布。因此,在相同主流风速下风沙流和净风场中瞬时水平风速廓线特征有明显差别。     

稳态风沙流中瞬态输沙特征

风沙流中沙粒运动在来流风速不变时也会表现出非稳态特征。在风洞内利用粒子图像测速系统（PIV）测量了风沙运动的时间序列，并基于PIV测量技术提出风沙流中沙粒平均直径、数密度、平均水平速度和输沙通量等参数在某一时刻的计算方法，其中输沙通量的计算考虑沙粒大小垂向分布的影响。结果表明：来流风速不变时，沙粒平均直径、数密度、平均水平速度和输沙通量随时间具有明显的波动性；沙粒平均直径和平均水平速度的标准偏差一般随高度增加而增加，沙粒数密度和输沙通量标准偏差随高度增大而减小；这些参数的相对标准偏差均随高度增加而增大。     

中国北方典型沙尘天气特征研究

 根据API、风速、风向及相关气象数据初步研究了中国北方两次典型沙尘天气的天气特征。两次沙尘天气过程中极大风速大于7.2 m·s-1的气象站占88%。2005年4月27日极大风速超过17.2 m·s-1的气象站有31个,出现频率最高的风向为西西北,28日达到81个,风向为北风,极大风速高值区由内蒙古中东部向东北方向迅速扩大。2007年3月30日极大风速超过17.2 m·s-1的气象站有57个,31日达到68个,风向均为西西北,极大风速高值区分布较为稳定。受沙尘暴影响的地区API显著升高。2005年4月28日呼和浩特、大同、北京3个城市的API分别为418、500、500。2007年3月31日呼和浩特、赤峰、大同3个城市的API分别为500、500、423。对PM10与气象因子的相关性进行分析得出,沙尘暴期间,大气中可吸入颗粒物的浓度与风速存在显著的正相关关系,风速越高的地区,可吸入颗粒物的浓度越大。     

河西走廊边界层高度与风沙强度的关系

以中国风沙高发区河西走廊为研究对象，应用河西走廊敦煌、酒泉、张掖和民勤4站2006—2017年逐日19：00每50 m加密高空资料和07：00规定层、特性层高空资料，分别采用平滑位温法、T-LnP法，统计分析了该区边界层高度的变化特征及其影响因子、边界层高度与风沙强度的关系，得出边界层高度与风沙强度成正比。进一步从地面风速、相对湿度、地气温差日变化得到春季午后风沙天气多发和强发的主要成因，得到了沙尘暴不同环流形势下的边界层高度持征，以及高空风速≥15 m·s^-1的最低高度与风沙强度的关系，从而为风沙天气预报提供技术帮助。结果表明：河西走廊年均边界层高度1 700~2 200 m，4—6月较高，在3 000 m以上，敦煌4—5月在3 500 m以上。边界层高度与最高气温、最低气温和0 cm最高地温较密切，与最高气温、极大风速成正比。边界层高度随着风沙强度的增强而增高，4月强沙尘暴和大风的边界层高度均大于3 100 m。春季风速随着风沙强度的增强而增大，最大风速集中时间在12：00—18：00，春季13：00—14：00风速最大、相对湿度最小、地气温差最大，因而也是风沙天气出现最多和强度最强的时段。沙尘暴持续时间越短，边界层越高，4—6月下午的沙尘暴较高，为2 800~3 100 m。沙尘暴不同环流形势的边界层高度中西风槽型整体较低；平直西风型4、6月和8月较高，均达3 100 m以上，8月为3 580 m；而西北气流型高于西风槽型，5—6月大于3 200 m。不同风沙强度高空风速≥15 m·s^-1的最低高度，冬春季较低，夏秋季高；浮尘较高为4 884 m，大风伴沙尘最低为2 471 m，大风沙尘暴07：00较19：00高600 m左右，明显较边界层高1 000~2 000 m。     

Sonic anemometers in aeolian sediment transport research

Fast-response wind and turbulence instruments, including sonic anemometers, are used more and more in aeolian sediment transport research. These instruments give information on mean wind, but also on fluctuations and turbulent statistics, such as the uw covariance, which is a direct measure of Reynolds' stress (RS) and friction velocity. This paper discusses the interpretation of sonic anemometer data, the transformations needed to get proper results and turbulence spectra, and how they are influenced by instrument size, sampling frequency, and measurement height.Turbulence spectra characterize how much the different frequencies in the turbulent signals contribute to the variance of wind speed, or to the covariance of horizontal and vertical wind speed. They are important in determining the measurement strategy when working with fast-response instruments, such as sonic anemometers, and are useful for interpreting the measurement results. Choices on the type of sonic anemometer, observation height, sampling period, sampling frequency, and filtering can be made on the basis of expected high and low-frequency losses in turbulent signals, which are affected by those variables, as well as wind speed and atmospheric stability.Friction velocity and RS, important variables in aeolian sediment transport research, are very sensitive to tilt or slope errors. During a field experiment, the slope sensitivity of the RS was established as 9% per degree of slope, which is 1.5 times the value reported in literature on the basis of theoretical considerations. An important reason for the difference probably is the large influence of streamline curvature on turbulence statistics and thereby on the slope sensitivity of the RS. An error of 9% per degree of slope in the RS will translate into an error of approximately 4% per degree of slope in the calculated friction velocity.Space–time correlation of the horizontal wind speed is much larger than that of the vertical wind speed and the instantaneous RS. This largely explains why, in previous studies, a poor correlation was found between instantaneous RS measured at 3 m height and saltation flux near the surface, whereas the correlation between wind speed at some height and saltation flux was much better. Therefore, the poor correlation between RS away from the surface and saltation flux does not contradict that saltation flux is caused by RS.     

风速分辨率对土壤风蚀模数计算结果的影响

风是土壤风蚀的驱动力,风力直接影响土壤风蚀的强度。风速是土壤风蚀预报模型的主要输入参数,高时间分辨率和高空间分辨率的风速数据能提高模型模拟效果。为对比风速处理方法及风速数据时空分辨率对模型模拟结果的影响,基于修正风蚀模型（RWEQ）评估该模型对于各输入参数的敏感性,分别选取中国北方农牧交错带内130个气象站（基准气候站和基本气象站）中不同类型及不同数量的气象站数据,利用线性插值法和风蚀预报系统（WEPS）的WINDGEN风速生成法将1日4次风速数据和1日2类风速数据生成24 h风速数据输入模型,结合1日4次风速数据直接输入模型构建了不同气象站数量及不同风速数据类型的6种模拟情景,计算了研究区在不同模拟情景下的潜在风蚀模数。结果表明：RWEQ模型估算的区域潜在风蚀模数会随气象站点的数量和风速时间分辨率的提升而增加;风速数据的线性插值方法在RWEQ模型中应用效果不理想,与WEPS模型的WINDGEN风速生成方法相比,线性插值法使地面2 m处大于临界起沙风速（5 m·s^-1）的风速频率降低,过低估计潜在风蚀模数和区域土壤风蚀状况。     

广西跨海大桥桥位区风场特征实测分析

为了全面准确地掌握广西跨海大桥的风环境和风特性参数,2012 年在桥位区设立了一座高度为 55 m 的测风塔,安装了梯度风和超声风观测仪器对其近地风场环境进行了连续 1 a 的现场观测,分析大桥桥位区实测的平均风场特征和湍流脉动风场特征,并推算了桥位区设计风速,结果表明：1）桥位区平均风速垂直变化曲线符合幂指数规律,大风状况时的风切变指数为 0.062,平均风速上半年＞下半年,累年平均和秋、冬、春季主导风向较稳定且均为偏北风;2）在台风“启德”过程观测到的风攻角基本不超过规范用于抗风性能检验规定的±3°范围,脉动风湍流表现为均匀平稳的湍流变化过程,三维方向的湍流强度变化趋势基本一致、湍流积分尺度随时间的变化不大,湍流功率谱在惯性副区内基本符合 Kolmogrove 谱-5/3 律;3）大桥桥面高度处的设计风速 50 a 一遇为 39.7 m/s,100 a 一遇为 42.7 m/s。     

半干旱区沙地高速公路防风固沙林营造技术及其效益研究

榆靖高速公路穿越毛乌素沙地腹地,风沙对公路的危害十分严重,主要表现为风沙对路面和路基边坡的风蚀和沙埋。提出了榆靖高速公路两侧防风固沙林综合防护体系,从公路路基向外依次为平整固沙绿化带,上、下风侧带宽都为20 m;草方格沙障与植物固沙带,上风侧带宽为260～330 m,下风侧带宽为100～150 m;前沿阻沙带,设置1～1.2 m高的高立式栅栏,走向与主风方向垂直;封沙育林育草保护带,上风侧带宽为300～500 m,下风侧带宽为200～300 m。4个防护带融为一体,起到了降低风速,固定流沙的作用,发挥出强大的防风固沙效益,极大地减少了风沙对公路的危害,保证公路畅通无阻,安全运营。     

塔克拉玛干沙漠腹地复合型纵向沙垄区近地层沙尘水平通量及粒度特征

利用BSNE梯度集沙仪采集塔克拉玛干沙漠腹地复合型纵向沙垄区近地层80m高度内秋季不同高度的沙尘物质,探讨沙尘天气下水平输沙通量差异及沙尘的粒度特征。结果表明：由于受到复合型纵向沙垄的影响,沙尘天气过程近地层沙尘水平通量并不遵循幂函数或指数函数分布,在20m以下随高度增加而降低,在32~63m随高度增加而增大,并且在24m和63m两个高度处出现转折点。各层沙尘平均粒径64~80μm,以极细沙为主,分选系数0.96~1.12,分选性中等偏差。粒径频率曲线呈双峰分布,主峰值出现在80~110μm,次峰值在10~12μm,反映了沙尘组成的复杂性,远源沙尘在各高度层的变化幅度较小,以局地和区域源为主。沙尘水平通量与沙尘粒度变化表明沙尘天气主导风速风向、强烈的上升运动及纵向沙垄是影响沙尘水平通量垂直差异的重要因素。