一种新的台风海面风场的拟合方法

基于台风风场的经验风公式和修正的梯度风方程并考虑了台风气压场的非对称性,提出了一种新型的台风风场合成模式。经过对10多个不同类型热带气旋(台风)的检验,结果表明,新的模式可以模拟出各种强度及不同眼半径台风的海面风场,比以往常用模式能更真实地反映实际台风风场。     

藤田公式改进及其在台风预报中的应用

在考虑环境气压的影响下,引进环境半径参量对藤田公式改进并将其应用到9711号台风研究预报中.结果表明:①改进的藤田公式能够基本解决藤田公式计算的外围气压和气压梯度偏小这一问题,合理地给出整个台风域内气压和气压梯度力的分布.②改进的藤田公式由于引入了环境半径的影响,使得计算的风向内偏角减小而风速增大;特别是它能使台风外围...     

海面热带气旋域内风速分布

在原始方程中引入藤田气压模式、最大风速半径和风向内偏角等因子,经过合理的简化,推导出了适合计算海面热带气旋域内风速分布的公式。检验表明,该方法的计算结果与强、弱、西行或北上转向型的热带气旋的观测风场基本相符,对环境气压受副热带高压明显影响的热带气旋风场的计算效果尤好。     

浙北沿岸海域海面风场反演方法的研究

高质量的海面实况风场是海洋气象监测和预报的基础,卫星反演的大陆沿岸海域海面风场的准确率不高。文章基于反映近地面风速廓线变化的指数律公式,利用浙江北部沿岸海岛或滩涂上布设的中尺度自动站来反演附近海面风场,并使用客观分析方法将反演的离散风场值转换到中尺度网格上,从而获得完整的高分辨率海面风场。指数律中参数α值对于反演风场的准确率至关重要,它主要受到下垫面状况以及大气层结状态的影响,而后者的影响较前者更大。文章使用多个风塔站的风廓线率值进行了反演风场的误差试验,结果表明:目前单一风速廓线还无法取得最优的反演效果,有必要分季节使用多站风速廓线。使用混合风速廓线得到的总体样本的平均偏差为0.04 m·s~(-1),平均绝对误差为1.51 m·s~(-1),均方根误差为2.01 m·s~(-1)。对海面反演风场的优化可以将总体样本的平均绝对误差和均方根误差分别降低到1.28和1.68 m·s~(-1)。     

非对称台风风场的动力初始化应用研究

在对比NCAR-AFWA三维Bogus(虚拟)风场及风压场方案的基础上,虚拟台风模型中的水平风场采用考虑台风移速、移向、摩擦等客观因素的非对称方案,垂直风场采用考虑高空反气旋环流的风廓线方案,然后利用Nudging动力初始化技术形成新的模式初始场.最后对"云娜"台风进行数值模拟,结果表明:通过合理引入客观因子及观测事实对台风Bogus模型进行构建,并利用同化方法使各个物理量相互协调,可以使初始场与实况更加接近,从而在一定程度上提高台风路径及强度的预报水平,并对降水分布的预报效果也有所改善.     

琼州海峡海面风场特征的观测分析

在检验资料可靠性的基础上，利用船载自动站、浮标站与岸基自动站测风资料分析了琼州海峡海面风速空间变化规律，以及秋冬季节的海面风场的日变化特征。结果表明：(1) 琼州海峡海面风速平均比沿岸风速大3～4 m/s，当沿岸风速≥8.0 m/s(5级)时，海面风速比沿岸大5～6 m/s；(2) 海峡海面阵风系数随着风速加大而减小。沿岸风速<5级时，海面平均阵风系数在1.4～1.5之间，风速≥5级时，平均阵风系数为1.35左右；(3) 秋冬季节，海面的平均风速日较差与风一致率均小于沿岸，当海面出现≥10.8 m/s(6级)强风时，海面与沿岸的风速日较差减小，风一致率增加。     

台风“尼伯特”在北部湾海面上减弱分析

通过对2003年台风“尼伯特”周围的风向、风速在铅直方向的垂直变化和垂直速度、散度场等物理量的变化分析，发现台风周围的风向、风速的垂直切变增大和上升运动的迅速减弱改变了台风的暖心结构，是造成台风“尼伯特”在北部湾海面上迅速减弱的主要原因。     

斜压大气中海面边界层摩擦偏角的动力学研究

本文在Ekman动量近似下，引入关于水面粗糙度的Charnock公式，求得了斜压大气中海面边界层的风速的解析表达式，进一步得到边界层摩擦偏角的公式，并获得了边界层摩擦偏角的有关结论。例如海面的摩擦偏角远小于陆地的摩擦偏角；低纬的摩擦偏角比高纬的要大：理论分析和个例计算均表明，垂直平流惯性力与水平平流惯性力对摩擦偏角分别起着减小和增大的相反作用，而且反气旋性涡度处与气旋性涡度处的摩擦偏角可相差达20多度。冷暖平流下的摩擦偏角相差很大，甚至可达七、八十度。这些结论对斜压大气中的海面边界层风场摩擦偏角的预后都具有指导性作用。     

三峡坝区的地面风场与大气扩散气候特征

利用三峡坝区4个气象站和宜昌站的地面观测资料，统计了各站多年、逐年、分季平均风速和风向频率，揭示了地面风场若干气候特征，提出了坝区典型风场模型；并通过分析各站多年、分季联合频率，对坝区大气扩散的气候特点与能力做了初步评价。     

南海海面风场变分融合的初步研究

利用二维变分同化(2DVar)方法,把南海海域(110.12~117.92 °E,10.12~17.92 °N)QuikSCAT散射计风场资料融合到区域高分辨率数值模式(华南中尺度天气预报模式GZMM)风场资料中,并利用独立的观测数据(西沙站海面风场观测值)对融合效果进行了检验。得到结论:(1) 风场单点融合试验表明,风场融合设计方案基本合理;(2) 与独立观测数据的偏差分析表明,融合后的风场在经向和纬向的均方根误差分别为2.59 m/s、2.76 m/s,明显好于模式风场(3.63 m/s、2.81 m/s)和散射计风场(2.79 m/s、2.80 m/s),这说明融合的风场优于模式风场和散射计风场;(3) 与独立观测数据的相关性分析表明,融合后的风场在经向和纬向的相关系数分别为0.80和0.81,好于散射计风场(0.74和0.79),而比模式风场(0.91和0.94)的要差。最后讨论了均方根误差与相关系数不一致的可能原因。      

我国登陆台风引起的大风分布特征的初步分析

用1949～2001年我国台风大风实测纪录对此期间台风引起的大风进行研究,具体分析了台风引起的6级及以上、8级及以上大风的频数,和大风风速的平均值、极端最大值的分布特征,并对台风登陆的地段、季节对上述要素的影响和台风登陆前、后上述要素的变化做了进一步分析.结果表明:在引起我国境内大风天气的台风中,有62%在我国登陆;而登陆我国的台风中,有89%会引起大风过程.台风引起的我国境内大风主要出现在东南沿海,等频数线几乎与海岸线平行,向内陆急剧减小,在杭州湾以北地区较少出现8级以上的台风大风,而极端最大风速与大风频数有类似的分布;在华南登陆的台风引起的大风频数明显高于华东和华北,华东又高于华北,引起的大风风速的大值区与登陆地段较为一致;登陆台风在4～8月间逐渐增多,引起的大风范围逐步向北推进,在9～11月间登陆台风逐渐减少,大风范围逐步往南消退;台风登陆前引起的大风主要集中在沿海地带,登陆后台风大风出现范围明显扩大.     

登陆台风的多普勒雷达资料质量控制和水平风场反演

消除噪音和速度模糊、进行水平风场的反演并检验是正确使用和充分利用多普勒雷达探测资料的前提.对2005年8月山东烟台多普勒雷达探测到的0509号台风"麦莎"的存在速度模糊的径向速度资料首先进行噪音和速度模糊消除处理,检验结果表明对资料的退模糊处理是成功的;其次进行了水平风场的反演,并对反演的风场从雷达径向速度的特征、大尺度环境风场特征、与卫星云图云带的对比和以台风中心为圆心计算的径向风垂直剖面特征等方面进行检验.结果表明,利用单多普勒雷达探测资料得到的水平风场能够清晰地给出登陆热带气旋内部存在的中小尺度系统,及其水平和垂直结构,并表明与台风外围雨带强降水区域相对应的是明显的中尺度水平风场的切变与辐合区.反演风场也可以为进一步利用单多普勒雷达探测资料分析和研究登陆台风内部的中尺度结构提供高分辨率的可靠的分析资料.同时证明,使用的退速度模糊方法能够有效地应用于较完整资料的速度模糊的自动消除,以及VAP方法对于中小尺度风场分析的实用性.     

1981—2020年安徽省不同重现期最大风速和极大风速时空变化特征

分别从质量控制级别、有效数据完整率、是否均一等方面考虑,选取安徽省51个气象站1981—2020年逐日10 min最大风速和2006—2020年逐日极大风速资料,基于最大风速资料应用阵风系数法构建1981—2005年极大风速,得到1981—2020年极大风速的长时间序列数据;对风速资料进行拟合适度检验,估算了安徽省不同重现期最大风速和极大风速的时间变化以及空间分布,并对极大风速序列延长前后重现期估算情况进行了对比。结果表明：(1)利用阵风系数法构建的极大风速数据可信,可为因缺少长时间序列的极大风速观测而无法进行50年或者更长重现期估算提供参考;(2) 1981—2020年安徽省历年最大风速强度为12.38 m/s,极大风速强度为20.55 m/s,均为皖南低矮山区的风速值较低,沿江西部及江淮之间中部处于相对大值区;(3) 30年重现期最大风速为12.09～27.23 m/s,50年为12.64～29.01 m/s,均是石台站最小,桐城站最大;30年重现期的极大风速为23.51～39.56 m/s,50年为24.58～41.93 m/s,均为池州站最小,桐城站最大;(4)短期的观测资料会...     

Monte-Carlo模拟方法在风工程中的应用

用 Monte- Carlo模拟方法建立了上海的台风年最大风速概率分布 ,由此推算的 30 a、50 a一遇风速 (韦伯尔分布 )和实测风速值接近。表明由 Monte- Carlo模拟方法得到的台风年最大风速概率分布较为合理 ,在东南沿海台风多发区域 ,该方法是产生年最大风速概率分布的有力工具。     

广东博贺近海海面的一次冷空气过程强风特征分析

利用广东博贺离海岸6 km的一个海上100 m铁塔观测到的梯度资料,采用特征量分析方法,研究强冷空气过程海洋近地层强风的微观特征。结果表明：冷锋过境时,近地层的气象要素有明显的响应：温度骤降、风速加大、气压上升,风向有明显的转变;风向标准差和风速标准差在冷锋前、冷锋过境和冷锋后都有明显不同;冷锋过境大风湍流度为0.08,阵风系数为1.19;此次冷锋过境强风在时间上表现为周期0.5～1 h的低频阵性;在空间上,60 m附近存在近地层的最大风层。     

相似误差订正方法在风电短期风速预报中的应用研究

为降低风电场短期预报风速误差,减少风电场短期风功率偏差积分电量,提高风电场发电功率预测准确率,分季节研究了相似误差订正方法对ECMWF单台风机预报风速的订正效果.结果表明:相似误差订正后不同风机预报风速的误差差距减小;预报风速的平均绝对偏差和均方根误差明显降低,其中夏季和秋季华能义岗风电场两个指标降低幅度均超过0.1 ...     

概率密度匹配方法在我国近海海面10m风速预报中的应用

海面风速对航运及海上生产作业影响重大,但数值模式对于海面的风速预报仍存在较大误差.为降低数值模式海面10 m风速预报的系统性误差,提高海上大风预报准确率,基于2017-2019年中国气象局地面气象观测资料对ECMWF确定性模式的10 m风场预报结果进行检验评估,并采用概率密度匹配方法对模式误差进行订正.分析结果表明,概...     

近海岸风速衰减特征及形成机理分析

为更好理解沿海区域近地面风速衰减规律及其内在机制并获取适用于业务观测风速数据的分析方法,通过引入内边界层厚度的发展机理,推导获得风速随离岸距离变化的数学解析拟合式。结合浙江省温州市境内一沿海区域6个自动气象站2014—2019年逐时风速观测数据应用该拟合式分析了风速随离岸距离的关系,结果表明不管是逐时风速还是逐日最大风速,其平均值均与离岸距离有着良好的负相关,并发现其衰减系数与风速有着密切关系。向岸流及离岸流的风速衰减特性均可以结合该拟合式用线性及幂数律拟合来体现,但后者可以更好地解释风速随离岸距离变化特征,并在较大风速(3～10 m/s)向岸流的背景条件下,获得合理可信的分析结果,说明该方法可以适用于近海岸区域风速观测数据的应用研究。     

大涡模拟试验中台风梯度风平衡分析

尽管经典台风强度理论是基于梯度风平衡模型,但是已有的飞机观测资料和数值模拟研究发现,边界层中和眼墙附近存在非梯度风平衡气流,前人数值模拟发现,眼墙附近最大的超梯度风可以达到切向风速的16.7%。大涡模拟可以模拟出滚涡和龙卷尺度涡旋等小尺度系统,这些小尺度系统对梯度风平衡可能产生影响,使用中尺度天气预报模式结合大涡模拟（WRF-LES）对模拟台风内核区域方位角平均的梯度风平衡进行了分析,三个大涡模拟试验的水平分辨率分别为333 m、111 m和37 m,结果表明非梯度风平衡气流并未因为分辨率提高而显著增强或产生结构差异,最大超梯度风出现在边界层顶处最大切向风半径的内侧,达到梯度风速的10.8%~16.1%。进一步分析发现,不同台风中心定位方法会影响非梯度风平衡气流,最小气压方差法和最大切向风法可以得到与前人模拟一致的结构,而气压权重法得到的低层超梯度风中心远离眼墙、靠近台风中心,位涡权重法得到的低层超梯度风的径向范围向内扩大,最小气压方差法和最大切向风法更适合用于梯度风平衡研究中的台风中心定位。