陕西省风速风向时空变化特征

利用陕西1971—2000年风速风向观测资料,分析了陕西风速风向空间分布特征及风速的日变化、月际变化、年际变化特征。结果表明,年平均风速较大的区域主要位于陕北长城沿线、渭北和黄河小北干流沿岸以及峡谷地带;各地盛行风向除受天气系统影响外,还受到地形地貌影响,不同区域主导风向差异甚大,变化复杂;陕北、关中年平均风速整体上呈现减小的趋势,各地减小幅度存在差异;平均风速存在明显的季节变化和日变化,2—6月平均风速较大,其余月份月平均风速较小,白天风速较大,夜间风速较小。     

ERA5再分析数据适用性初步评估

利用山东省及周边地区10个站点的地面和高空观测资料对ERA5再分析资料的适用性进行了初步评估。结果表明：再分析的海平面气压和2 m温度与实况资料的相关性明显优于2 m相对湿度和10 m风场;高空温度和相对湿度在对流层中低层的适用性要好于高层,而位势高度和风场在中高层适用性较好;海平面气压再分析与实况的相关有着最明显的季节变化,2 m温度、2 m相对湿度和10 m风速则在部分站点有较明显的季节变化,而10 m风向的相关系数更多地表现出站点之间的差异,高空要素的适用性,季节和区域差异不明显。另外,对比发现,ERA5的适用性总体上要优于ERA-Interim再分析资料,地面和对流层低层的相对湿度、风场提高更为明显。     

巢湖流域典型站点的风场特征分析

研究巢湖流域流场特征对于认识该地区热量、水汽交换和水流运动规律具有重要意义。利用2006年合肥、肥东、巢湖、庐江站以及姥山岛自动气象站的风场资料,分析了巢湖流域典型站点的风速和风向变化特征。结果表明,陆面站点年平均风速为2.17m/s,湖面站点风速为2.41m/s。所有站点春夏季风速大于秋冬季,陆上风速具有明显的日变化,白天风速大于夜间,而湖面风速日变化较不显著。陆面站点风向季节变化明显,春夏季以偏南风为主,秋冬季以偏北风为主,春夏季的风向日变化特征较秋冬季明显,湖面站风向没有明显的季节变化。陆面站点不同程度地受到湖陆风的影响,距离湖面较近的站点受到的影响较大。湖面和陆面站点风向差距平与气温差距平的日变化保持一致,表明湖陆温差是影响巢湖流域湖陆风的关键因子。     

三种风场再分析资料在辽宁省海岸带的比较与评估

利用1981-2015年辽宁省海岸带20个气象站常规观测资料与同期ERA-Interim、JRA-55和CFSR三种再分析资料进行对比分析,讨论了风速场再分析资料在辽宁省海岸带的适应性问题。结果表明,三种再分析资料与观测资料的大风相关性均通过显著性检验,ERA资料相关性最好,但ERA的最大小时风速明显较观测资料偏小。三种再分析资料在空间上的偏差有明显的不均匀性,绥中、兴城一带偏差较小,旅顺口站偏差较大;CFSR资料最大小时风速的偏差绝对值小于1的站点最多,适用性较好;ERA资料的大风次数与观测资料最为接近,且14:00(北京时,下同)最大小时风速和大风次数的偏差均较08:00偏小。三个海区最大小时风速平均绝对误差的差别不显著,基本在1.5~3 m·s-1之间,而大风次数的误差较显著,渤海海峡误差相对较大,黄海北部次之,渤海北部误差最小,其中CFSR资料的风速平均绝对误差最小。观测的最大小时风速和大风次数呈显著减少趋势,JRA和CFSR资料呈缓慢减少趋势,而ERA资料呈增加趋势;ERA和JRA资料的年代际曲线波动平稳,不能表现出观测资料的年代际变化趋势,CFSR资料与观测值最为接近,但是变化趋势较观测资料缓慢。在长期变化趋势空间分布上,CFSR资料的可信度相对较好,JRA资料次之,ERA资料差别较大。     

关中盆地近地面风场和大气输送特征分析

利用2017年151个地面气象站的逐时观测数据和相关高空资料分析关中盆地近地面风场与输送特征。首先分析盆地内代表性站点的风速和风向观测事实,然后用CALMET风场诊断模式和轨迹计算模式获取当地逐小时风场和每日逐小时传输轨迹,分析风场类型。结果表明:关中盆地内日平均风速约1～3 m s?1,夏季风速高、秋冬季低;盆地中央的主导风向以沿地形走向的东北风和西南风为主,盆地四周测站的主导风向表现出顺着地形向盆地中央汇流的趋势。各站主导风向的季节变化不大。盆地内风场分为系统控制型、弱天气背景型和局地环流型3类,全年出现日数比例分别占8%、17.3%和74.7%。以山谷风日夜循环为特征的局地环流型风场最多。以西安城区为源点的大气输送轨迹显示,系统控制型风场以偏东北方向的输送为主,弱天气背景型和局地环流型风场的轨迹输送都大致以偏东北和偏西（以及偏西南）沿盆地走向以及偏东南朝向秦岭山地这三个方向为主。局地环流型的轨迹影响范围小,集中于盆地中央和南侧山地之间,表明这是一种不利于污染扩散的风场类型。     

东中国海域交叉定标多平台合成洋面风场资料的初步评估

对新的交叉定标多平台合成洋面风场资料（CCMP风场）的特点进行分析介绍,利用浮标和观测桩的时间序列资料和同期的卫星高度计探测资料,对东中国海海域范围内该风场的精度和特性进行了检验和评估并与欧洲中期天气预报中心再分析资料（ERA风场）和散射计探测混合风场资料（QuickScat／NCEP风场）进行对比分析。结果表明：CCMP风场在远海区域的精度较高,风速偏小;在近岸区域风速可能偏大,存在一定的局限性。在东中国海海域,较之ERA风场和QuickScat／NCEP风场,CCMP风场均方根误差最小;当实际风速较小时,三种资料的风速都偏大,偏度较小;当实际风速较大时,三种风场的风速都偏小,偏度较大;且三种资料的风速误差具有随季节变化的特征。     

雷州半岛东部沿海风况的特征

统计雷州半岛东部海岛自动站的近4年观测资料,分析得到雷州半岛东部沿海海面风的时间变化特征和大风特点。结果表明:雷州半岛东部沿海风速冬季最大、夏季最小;日平均风速分布呈单峰型,且日较差较小,正午前后风速较大,傍晚到次日早上风速较小;全年主导风向为东南、东北和偏东风,春季的主导风向为东南、偏东风,夏季以东南风向为主,秋季主导风向为东北风和偏东风,冬季主导风向为东北风;热带气旋和冷空气是造成沿海大风的主要原因;热带气旋所致大风的平均阵风系数和离散度均明显大于冷空气样本。     

ERA5再分析资料对中国大陆区域近地层风速气候特征及变化趋势再现能力的评估

基于台站观测资料,评估了欧洲中期天气预报中心（ECMWF）最高时空分辨率的第五代大气再分析资料（ERA5）对1979～2018年间中国大陆区域10 m高度风速的气候特征及其变化趋势的再现能力,并同步对比分析了ERA5资料100 m高度风速的特征和长期趋势。结果表明,ERA5资料10 m和100 m风速在空间分布、年—季节—月尺度演变的气候特征方面与台站观测非常一致,10 m风速气候态空间相关系数达到0.66。观测和再分析资料均显示,中国近地层风速呈现出显著的区域性特征,风速大值区主要分布在内蒙古、东北地区西部、新疆北部以及青藏高原西部地区,上述区域的风速季节差异也相对明显,春季风速最大。台站观测、ERA5资料10 m和100 m全国平均风速在4月达到最大值,分别为2.6、3.0、4.5 m s–1,8月为最小值,分别为2.0、2.4、3.5 m s–1。从月平均序列来看,ERA5资料的10 m风速较台站观测偏高0.3～0.5 m s–1,而100 m的风速较10 m风速整体偏高1.2～1.4 m s–1。在风速变化方面,台站观测风速在中国陆地区域整体呈下降趋势–0.4 m s–1（39 a）–1,春季下降趋势最显著[–0.5 m s–1（39 a）–1],且1979～1992年冬季风速降幅最大[–0.7 m s–1（14 a）–1],2013年以后风速逐渐增强。ERA5资料两个高度层的风速在整个中国区域均没有明显的长期变化趋势,4个季节风速变化趋势的空间分布与观测也存在差异,100m风速的长期变化趋势与10 m一致但变化幅度大于10 m风速。总之,ERA5资料对中国大陆区域气候平均风速具有较好的再现能力,但无法呈现台站观测风速的长期变化趋势。     

福州市地面逐时最大风时空分布特征分析

利用2010—2021年福州市地面最大风资料,结合统计和图示法,分析逐时最大风速及对应风向时空分布特征。结果表明：福州市地面逐时最大风速年均值呈减小趋势,静风次数明显增多。月均值呈双峰型,5月最小,10月最大;日变化为单峰型。分风向均值最大为NNE,最小为W。年概率最大风向是NE,最小是W。6—7月主导风向为S,其余月份主导风向为NE。空间分布地域性和季节性明显,高海拔区和沿海南部是风速均值大值分布区,有明显年份突增,且多在中午到傍晚出现。西南地区和罗源湾附近静风占比较高,闽江流域是SW-NW高发区。1月和10—12月风向较一致,2—6月和9月风向较散乱。     

海南岛沿海近地面风时空分布特征的观测分析

利用2012年海南岛沿海6个常规气象站、2个海岛站的逐时风向、风速资料,分别对全年以及不同季节内近地面风速大小、风速日变化以及风向频率分布等进行了统计分析.结果表明:2012年全年海南岛沿海近地面风速约在1.8~5.7 m/s之间,其中三亚站风速最大,冬季高达6.5 m/s,大部分站点夏季风速最弱,最大风速出现在春、冬季;海南岛南部沿海风速大于北部,东部大于西部;各站24 h风速基本呈现白天大、夜晚小的典型特征,由于所处地形、植被独特,三亚部分季节风速呈现相反的日变化特征;全年各站基本存在两个盛行风向,大部分站点近地面风向与南海季风的风向变化较为一致,夏季以南风、西南风为主,冬季以北风、东北风为主;各季沿海近地面风向南北部差异较大,东西部差异较小,随着季节转变,南部沿海盛行风转向最明显,东西部次之,北部则不明显.     

基于渤海石油平台海面风观测的FNL资料评估

对2018年全年渤海石油平台海上观测的15个站点的风速风向进行了分析,并利用4个代表站1、4、7和10月的资料对分辨率为0.25°×0.25°NCEP/NCAR的FNL资料分析风场的误差进行了对比评估。结果表明:(1)观测风速风向存在较大区域性差异;(2)FNL风场资料在渤海地区近海风速整体偏大;(3)夏季当风速小于15 m/s时,FNL的风速可信度最高;冬季当风速大于15 m/s时,FNL的风向可信度最高;(4)秋季风向误差最高,春季次之。当风速小于5 m/s时,风向误差较大。     

兰州新区近地层风场时空特征分析

利用兰州新区2014年1-12月秦川金家庙、西岔段家川、新区东南角、黑石川和平4座70 m风塔和新区城区4个10 m高度自动气象站逐10 min风向风速观测资料,分析了兰州新区盛行风向、风速、污染系数时空分布特征。结果表明:新区周围地形复杂,盛行风向、风速及污染系数等要素随高度、时间、位置均有变化。观测年内,新区测风塔70 m高度年盛行风向为东北风及相邻方向,该方向平均风速最大;新区偏北的两个风塔(秦川金家庙和西岔段家川)西北至偏北方向污染系数较小,新区偏南两个风塔(新区东南角和黑石川和平),偏北及相近方向污染系数较小。测风塔10 m高度各观测点盛行风向、风速和污染系数与70 m均有明显差异,4个风塔的风场特征也显著不同。各观测点各高度均有静风天气出现,70 m高度静风频率4.2%~13.5%,10 m高度静风频率5.6%~11.5%;各塔风向有较明显的季节变化特征,秋、冬季盛行风向接近,春、夏季盛行风向接近;新区风向日变化呈现出山谷风特征,白天盛行风向多为东南风或西南风,夜晚多为东北风和偏东风。     

北京山区与平原冬季近地面风的精细观测特征

利用2009—2018年冬季北京地区200多个自动气象站逐时10 m风速、风向观测数据,分典型区域（山区、山区与平原过渡区、平原区、城区）研究北京地区冬季近地面风的精细特征,并使用有完整记录的2 a（2017和2018年）冬季延庆高山区不同海拔高度10 m风逐时观测数据,多视角分析高山区不同海拔高度近地面风的特征和成因,以深刻认识北京地区复杂地形条件下冬季近地面风的特征和规律。结果表明:（1）北京地区冬季近地面平均风受西部北部地形、城市下垫面粗糙度和冷空气活动共同影响,平均风速沿地形梯度分布,山区高平原低,平原中又以城区风速最小;盛行西北风和北风,在城区东、西两侧盛行风出现扰流,在山区和过渡区一些地方还存在与局地地形环境明显关联的其他盛行风向。（2）4个典型区域冬季近地面风速日变化均表现为白天风速大于夜间,午间风速最大的“峰强谷平”单峰特征,这一特征的稳定性在城区高、山区低。（3）4个区域冬季弱风（< 1 m/s）频率为31%—42%,城区较高、山区较低;强风（> 10.8 m/s）频次则是山区多、城区少,强风风向主要表现为偏西—偏北,与冷空气活动密切关联;城区、平原区和过渡区偏南风频率均为极小,暗示北京“山区—平原”风模态在冬季是“隐式”的、不易被直接观测到。（4）近地面风的水平尺度代表范围在延庆高山区高海拔处明显大于低海拔处,海拔1500 m附近（平均的边界层顶高度）是延庆高山近地面风速日变化特征的“分水岭”,低于该海拔高度时近地面风速日变化表现为前述“峰强谷平”单峰特征,而高于该海拔高度时近地面风速日变化则呈现相反特征,即夜间大白天小、午间最小的“峰平谷深”特征,这是由边界层湍流活动的日变化及伴随的低层自由大气动量向边界层内下传所致。（5）延庆高山近地面风速大体上随观测高度而增大,高海拔站点日平均风速数倍于低海拔站点。白天—前半夜,海拔约2000 m的站点冬季盛行偏西风,风向变化不大,但风速为2—12 m/s;1000 m左右的低海拔站则风速比较稳定（< 6 m/s）,风向从午间至傍晚相对多变。      

新源县复杂地形下的风电场风场结构特征分析

利用新源县风电场周边气象站及测风塔观测资料、ERA5-Land再分析资料和数值模拟结果,分析新源县风电场的风场结构特征。结果表明：（1）风电场周边气象站的逐小时10m风速均呈现出早、晚偏低,中午偏高的变化规律。喀拉布拉镇站和公安农场站的风向主要以东风和南风为主,肖尔布拉克沟站的风向则以南风为主。测风塔4302的风速随着高度变化不明显。测风塔4301-4306均存在南风和北风,但各风向占比有一定差异。随高度升高,测风塔南风风向呈现出东南转西南的趋势。（2）ERA5-Land资料不能很好地再现研究区域风场变化。（3）数值模拟的风场变化具有一定山谷风特征。夜间的风向以东南风为主,白天则低海拔河谷地带风吹向山顶,北部谷风逐渐主导东北风向。20时,风电场区域主要以西北风为主。     

环渤海海域卫星反演风与站点观测风对比分析

选用了布设在渤海海域的浮标、平台、海岛共计18个站点,利用COARE算法进行站点风速的高度修正,对ASCAT卫星反演风与三类站点风进行对比分析。统计检验结果表明,卫星风与站点风相比,整体上卫星风速比站点风速大。浮标与卫星的风速差最小,而平台和海岛与卫星的风速差较大。风向对比结果显示,卫星风与站点风的风向平均偏差都很小,但均方根偏差却比较大。随着风速的增加,三类站点的风速平均偏差都是由大到小变化,由正值变化为负值,弱风速的时候卫星风速大于站点风速,高风速的时候卫星风速小于站点风速;风速的均方根偏差则相对稳定。卫星风与站点风的风向均方根偏差随着风速的增加而减小,在不同的方向上,风速偏差和风向偏差等统计量的区别较小。随季节的变化中,平台和海岛站的风速与卫星风速的平均偏差秋冬季大而春夏季小。     

基于WRF/CALMET的关中盆地中部典型风场模拟

利用中尺度天气预报模式WRF耦合小尺度诊断风场模型CALMET进行降尺度风场模拟,模拟了2016年12月—2017年2月覆盖关中盆地中部典型天气条件下的1km×1km空间分辨率风场,用气象站观测值与模拟值进行对比分析,对模拟时段和典型天气过程期间关中盆地中部近地面风场特征进行了分析,结果表明:(1)模拟风速、风向与实测风速、风向均基本一致,模拟风场可代表关中盆地中部的真实风场。(2)关中地区风速主要分布在1.6~3.3m/s和0.3~1.5m/s风速区间,风速较小;关中地区除南部由于受秦岭地形的影响以南风和西风为主,其余地区均以东北风为主。(3)当风速较小、天气形势较为稳定时,容易在关中地区中南部出现气流的辐合,不利于污染物的扩散;当风速较大、风场气流较为平整时,扩散条件较好,有利于污染物的扩散。     

我国中东部两个高山气象站风的气候特征及对夏季风的响应

利用1955—2010年的气象观测资料,对比分析我国中东部地区地理位置及海拔高度存在差异的两个高山站(南岳山和庐山)风的气候变化特征及其对夏季风的响应。分析表明:(1) 南岳山风速大于庐山,春、夏盛行西南风,秋、冬盛行北风,年内各月最大风速风向均为旺盛的西南偏南风(SSW);而庐山春、夏盛行南风,秋、冬盛行东北偏北风(NNE),年内除6、7月外最大风速的风向均为偏东北风;(2) 年及四季平均风速均呈显著减弱趋势,庐山风速减弱的趋势明显大于南岳山;(3) 两个站夏季风场的变化随夏季风季节内演变,西南风在6月初突然增强、在8月底—9月初突然减弱;(4) 两个站夏季西南风的风速与夏季风的强弱变化呈反相关关系,强夏季风年西南风偏弱,其风场特征表现为北及偏东北风频率偏多,对应风速偏强,而南及偏西南风频率明显偏少,对应风速偏弱;弱夏季风年西南风偏强,其风场特征表现为西南气流异常。      

科尔沁草原高空风垂直结构气候特征分析

利用2008—2014年CFL20G风廓线雷达数据对科尔沁草原高空风场垂直特征进行研究。主要对高空三维风场季节变化的统计学特征、典型高度层上的变化规律及垂直高度上的日变化规律进行分析。分析发现:四季中高空20～40 m/s风速出现的频率最高,2900～18 000 m科尔沁草原高空以偏西风为主。垂直高度上水平风速呈一波一谷型变化,随着高度的增加,高层水平风速开始增大的时间有所推后。12 600 m及以下各层平均风速最小的季节为夏季,最大的季节为冬春两季;19 000 m平均风速最小的月份为12月,风速最大月份为8月。垂直速度在5100 m以下有明显日变化,1500 m和2900 m有较为明显的年变化,最大值出现在春夏交接的4—6月,最小值出现在12月,5100 m以上的垂直速度没有明显的年变化。     

新疆铁路沿线前百公里风区大风特征统计分析

基于2015—2017年新疆铁路沿线17个大风监测站的逐时观测资料,分析了南疆线前百公里风区的大风时空分布特征,并与著名的百里风区代表站十三间房气象站进行对比分析,结果表明:前百公里风区通常是指新疆著名的三十里风区和百里风区外又一强风区带,风速强劲,大风历时长,其间以铁泉西至三个泉大桥区段风速最大,代表站三个泉大桥瞬间极大风速比十三间房气象站平均大12.2 m/s;前百公里风区平均风速季节变化规律为夏季春季秋季冬季;5月达到月均风速的最大值,1月为最小值;平均风速日变化呈单峰形式变化。大风情况下前百公里风区沿线主导风向较稳定,为NW(西北风)至N(北风)之间。风区中铁路沿线呈东北—西南走向,正好与大风的主导风向相正交,形成横风,对列车运行可产生较大的危害。     

基于激光测风雷达的兰州冬季风场特征及其与大气污染的关系

利用激光测风雷达2017年12月1日至2018年2月28日在兰州城区获取的风场资料,分析了兰州冬季风场结构特征,并通过聚类分析得到了冬季影响兰州地区的天气形势,分析了不同天气形势下的风场特征,在此基础上分析了局地环流主导下的风场和污染物浓度日变化特征及两者之间的相关性。结果表明,兰州2017年冬季低空水平风速整体较小,平均风向以偏东风为主;风场日变化特征明显,午后至傍晚水平风速大于其他时刻,03:00(北京时,下同)-08:00 250～650m维持偏西风,650m以上偏南风增加,其余时刻各高度均以偏东风为主。兰州地区受弱高压控制时,局地环流占主导,城区污染严重。各高度污染系数最大值对应的风向存在差异,200 m以上污染系数迅速减小,增加污染物的排放高度至200 m以上可有效减少近地面污染物浓度。