DPM模型在塔克拉玛干沙漠地区的适用性研究

局限于仅有观测数据的情况下,利用模拟手段研究土壤风蚀引起的粉尘释放是非常必要的,有助于评估区域土壤风蚀及大气环境质量和气候效应。本文通过分析塔克拉玛干沙漠观测站不同高度层风速及计算平均摩阻风速,利用DPM模型计算粉尘释放通量,综合分析了摩阻风速与粉尘释放通量的相互关系。结果表明：1）不同观测日不同高度层的风速变化各不相同,2m高度层风速的变化范围是0.05～7.73 m·s-1,4m高度层风速的变化范围是0.09～7.19 m·s-1,10m高度层风速的变化范围是0.5～8.09 m·s-1。2）4月1日～4月30日各个观测日24小时内平均摩阻风速分别为0.423 m·s-1、0.344 m·s-1、0.271 m·s-1、0.343 m·s-1、0.161 m·s-1、0.315 m·s-1,其变化范围为0.16～0.42 m·s-1。3）DPM模型研究发现实测跃移通量约为模拟值的122%,模拟值与实测值相关性较好,R2为0.91。上述研究结果对定量评估区域乃至全疆的土壤风蚀对粉尘释放通量的影响具有重要意义。     

DPM模型在塔克拉玛干沙漠地区的适用性研究

局限于仅有观测数据的情况下,利用模拟手段研究土壤风蚀引起的粉尘释放是非常必要的,有助于评估区域土壤风蚀及大气环境质量和气候效应。本文通过分析塔克拉玛干沙漠观测站不同高度层风速及计算平均摩阻风速,利用DPM模型计算粉尘释放通量,综合分析了摩阻风速与粉尘释放通量的相互关系。结果表明：1）不同观测日不同高度层的风速变化各不相同,2m高度层风速的变化范围是0.05～7.73 m·s-1,4m高度层风速的变化范围是0.09～7.19 m·s-1,10m高度层风速的变化范围是0.5～8.09 m·s-1。2）4月1日～4月30日各个观测日24小时内平均摩阻风速分别为0.423 m·s-1、0.344 m·s-1、0.271 m·s-1、0.343 m·s-1、0.161 m·s-1、0.315 m·s-1,其变化范围为0.16～0.42 m·s-1。3）DPM模型研究发现实测跃移通量约为模拟值的122%,模拟值与实测值相关性较好,R2为0.91。上述研究结果对定量评估区域乃至全疆的土壤风蚀对粉尘释放通量的影响具有重要意义。     

白鹤滩水电站峡谷地形区的风特征研究

位居世界第二大的白鹤滩水电站地处金沙江下游峡谷区,频繁的大风给水电站建设和运行带来了严重影响。掌握水电站坝区大风变化规律,评估峡谷地形对风速的作用,有利于基于周围风场监测和预警峡谷区大风。根据水电站及周边观测资料,对坝区风的变化特征和峡谷地形作用进行了分析。(1)峡谷区最高频率的风向和最大平均风速的风向均为顺着峡谷的偏南风或偏北风,且偏北风频率达55%以上,峡谷锁定了流经气流。(2)坝区大风多发生在干季11月—次年5月,且夜间至清晨大风频率比日间高。干季峡谷风效应强,尤其在19时—次日08时。雨季峡谷风效应降低,局地山谷风增强,表现为山风比谷风持续时间长,08时和18时是山风和谷风交替时间。对应干季和夜晚大风频繁,说明峡谷风效应是影响大风的关键因子。(3)通过狭管效应分析马脖子和葫芦口大桥两个站之间的风速关系,表明峡谷地形使马脖子站风速加强为葫芦口大桥站的1.27倍。利用多种拟合方法建立的两站风速关系表明,当葫芦口大桥站为5m·s-1以下低风速,各方法都难以拟合峡谷区的风速,当风速在5.0～11.5m·s-1时,狭管效应对风速拟合最优,准确率超过70%,对11.5m·s-1以上强风速,多项式拟合效果较优,准确率接近65%。     

2017年8月6日山东罕见雷暴大风成因分析

利用多普勒天气雷达资料和常规观测资料,分析了2017年8月6日山东东部地区一次罕见的极大风速达到12～13级的雷暴大风事件。此次过程发生在高空西北气流影响下,中低层强垂直风切变和较大的温度直减率为雷暴大风的出现提供了有利环境条件。中尺度边界辐合线不断触发新的对流单体,最终形成飑线结构。此次过程10级以上雷暴大风在雷达图上的主要特征包括：近地层显著的径向辐散（速度差≥35 m·s-1）或者大的径向速度（速度绝对值≥29 m·s-1）;较显著的中层径向辐合（MARC）特征（速度差≥30 m·s-1）或者强中反气旋结构（速度差≥31 m·s-1）;中气旋底部高度扩展至2 km以下等特征。     

平台障碍物对海气通量观测影响的数值分析

基于计算流体动力学模型（CFD）模拟了背景风风速为2 m·s-1、4 m·s-1、6 m·s-1下通量观测平台周围的风场分布,确定了不同风速下平台障碍物对观测影响最小的风向范围。发现风速不同,平台对背景风的影响范围不同,风速越大,平台对背景风的影响越大。运用涡动相关法计算不同风向条件下的湍流通量,定量分析由于平台干扰对海气通量计算的影响,发现选取迎风条件下的数据计算得到的海气通量会比实际偏低。     

上海沿岸海域风场质量控制与预报检验

利用2016年上海沿岸海域19个站点的风场资料,进行了风场质量控制,包括完整性检查、内部一致性检查、持续性检查和高度订正。同时挑选10个站点作为实况对2016年风场模式预报进行检验,包括风速预报误差、风速预报准确率和风向预报检验,对比了风场观测资料质量控制前后的检验结果,最后对两次大风过程进行了检验。结果表明:预报检验结果均随着预报时效的增加而变差;整体误差秋季和冬季较小,6月和7月误差较大;分级检验0～5级风速准确率在0.9～1之间,预报值比实况偏大,6级以上风速预报准确率逐渐降低,且预报值比实况偏小;风向检验呈现明显的季节性,冬季12月、1月误差小,准确率最高,夏季6月误差最大,准确率最低;质量控制后检验结果都得到正面提升;两次大风过程预报准确率均在70%以上。     

基于1899—2015年观测资料的青岛风环境变化特征

基于青岛站1899—2015年117 a年平均风速和青岛市88个自动站1961—2015年逐日风速资料,结合NCEP/NCAR再分析资料,分析青岛风速气候变化特征。结果表明:在全球气候变化背景下,青岛站的风速变化是一个先增强（1899—1938年）,再波动维持（1939—1991年）,之后又减小（1992—2015年）的过程;20世纪90年代后的风速变化对1961—2015年青岛站风速明显下降（0.41 m·s-1/(10 a)）贡献显著;1961—2015年青岛偏北风减小趋势为0.33 m·s-1/(10 a);青岛东南沿海地区平均风速减小趋势大于北部内陆地区的分布特征是对青岛城市化发展水平区域差异的响应,城市化对地面年平均风速减弱贡献率约为-17.3%。     

宁波机场附近一次孤立强雷暴大风事件分析

利用区域自动气象站资料、天气雷达资料、宁波机场AWOS(automated weather observation system)资料和NCEP再分析资料等对2017年7月22日发生在宁波机场附近的一次孤立强雷暴大风环境条件和雷达回波特征进行分析。结果表明：1)雷暴大风发生在较强的对流有效位能、弱的垂直风切变和上层干燥近地面暖湿的大气层结配置下,海风锋是主要触发系统。2)雷暴大风发生时,地面出现明显冷池和中尺度雷暴高压。3)强反射率因子顶部高度快速下降,中层径向辐合达到18 m·s-1,低层速度辐散超过25 m·s-1等指标,对雷暴大风预警具有较好的指示意义。     

太行山南麓风速特征及对大气颗粒物浓度的影响

基于山西省太行山南麓晋城市5个国家气象站1960—2020年平均风速、最大风速等数据，应用线性趋势、气候倾向率及小波分析等方法，对晋城市近60年风速时空变化特征及其对大气颗粒物浓度的影响进行了分析。结果表明：1960—2020年晋城市的年代际和年平均风速都呈减小趋势，其变化倾向率分别为-1.3 m·s-1·10a-1 和-0.124 m·s-1·10a-1；季节平均风速冬春两季大于夏秋两季，春季最大，秋季最小，四季平均风速均呈震荡减小的演变趋势，1989年之后四季平均风速的波动幅度趋于平缓。空间上，全市年平均风速从西往东渐次减小，各站气候倾向率介于-0.21～-0.07 m·s-1·10a－1之间，均为减小趋势。晋城市季节平均风速空间分布为由西北向东南逐渐减小，四季风速气候倾向率均为负值。按照不同级别区间统计风频，晋城市3级和4级风出现频率最高，且呈快速增大趋势，出现频率最低的7级及以上风呈快速减少趋势；晋城市西南部小风风频大，东部大风风频大。平均风速小波周期分析发现晋城市35 a左右尺度周期显著，功率谱最强，具有全域性。晋城市大气颗粒物浓度市区大于各县（市），平均最大风速与PM2.5及PM10浓度均呈现明显负相关，与细颗粒PM2.5及粗颗粒PM10的相关系数无显著差别。最大风速在4级以下时，影响较小，从5级开始对颗粒物浓度影响巨大，晋城市常年以3～4级风为主，5级以上风渐次快速减少，对空气质量污染扩散非常不利。     

江西山地风电场风速数值模拟方法研究

利用中尺度气象数值模式WRF和动力降尺度模式CALMET,对江西山地风电场不同高度层风速进行4个月逐时数值模拟,结合测风塔实测资料,对两种模式的模拟结果进行准确性、误差特征等方面研究,结果表明:1) WRF模式和CALMET模式均能较好地模拟出风速的日变化特征,在大风速时间段两个模式模拟误差变大,可能是由于出现台风、降雨伴随大风等天气时,WRF模式边界层方案对大风速时拖曳作用不充分造成,今后可考虑通过天气过程模拟的敏感性研究及历史数据对模拟结果进行订正。2)从各月模拟结果来看,WRF模式与CALMET模式各月模拟值与实测值间相关系数均大于0. 65,两个模式对70 m高度层模拟结果均优于对10 m高度层的模拟结果,并且CALMET模式均方根误差低于WRF模式的。3) CALMET模式在各风速段模拟效果均优于WRF模式的。两个模式在0~3 m·s-1低风速的模拟效果最优,在大风速段( 8 m·s~(-1))模拟结果平均绝对误差最大,今后应对大风模拟结果的订正开展进一步研究。     

北极低空急流和低层逆温特征观测分析

利用北冰洋冰表面热量平衡计划1997年10月中旬至1998年10月上旬的探空气球探测结果,分析了北极地区近地层逆温和低空急流特征.结果表明,96％的观测时次(11:15和23:15,协调世界时)出现近地层逆温,其中22％的逆温为贴地逆温,70％的逆温厚度在250～850 m之间,冬半年贴地逆温发生频率、逆温层厚度和逆温层内的温度变化都明显要大于夏半年.全年间低空急流出现频率为41％,平均高度为520 m,最大频率出现在150 m附近,70％的急流出现在600m高度以下.急流平均风速为10.6m·s-1,风速在4～13 m·s-1范围内的急流约占总数的75％,东和东南方向为全年急流的主导风向.根据对急流核和地面风速之间转换角分布的分析,惯性震荡可能是北极低空急流的主要成因.     

WRF/CALMET/BP预报系统对内陆山区风电场的一次滚动预报检验北大核心

利用以中尺度数值模式WRF/CALMET作为风电场预报系统的动力模块,及BP神经网络法(BP-ANN)作为风电场预报系统的统计订正方法,对重庆市齐跃山风电场进行了一次时间分辨率为5 min的24 h风速、风功率的滚动预报试验,探讨了适用于中国典型内陆山区的风电场预报系统。结果显示:以WRF/CALMET/BP组成的动力—统计预报系统能够较好地模拟出内陆山区的风场特征,系统对正午至傍晚时段的风速预报准确率较高。WRF/CALMET动力模式对于风速中心振幅的模拟能力较好,经过BP神经网络订正后,模拟结果会趋于均值。不同风速段中,模式对低风速段(3~8 m·s^(-1))的预报效果较好,BP神经网络对中风速段(8~14 m·s^(-1))预报结果的订正效果最明显。     

中尺度区域模式层顶高度对高空风场数值模拟的影响分析

本文基于中尺度区域模式WRF,开展模式层顶高度变化对高空气象要素,特别是高空风场数值模拟影响的研究。通过设计模式顶高45、5 hPa两个试验,同化来源于NOAA-15、NOAA-18、NOAA-19和METOP-2的AMSU-A辐射计高通道数据,表明提高模式层顶能够使卫星更多的高通道样本数量进入同化系统,达到减小背景场误差,同时减小高于层顶通道辐射能量对低层通道影响的目的,一定程度上改进了同化效果,从而改善高空气象要素,特别是风场的模拟效果,与观测值的均方根误差减小了约0.4~0.5 m·s^-1。     

降雨强度对激光雷达测风精度的影响研究

多普勒激光雷达在大气、环境以及风能等领域得到越来越广泛的应用,但对于复杂天气下多普勒激光雷达的适用性仍然有待深入研究。为此本研究采用2020年8—10月期间位于福建三沙的地基多普勒激光雷达与边界层高塔所搭载的超声风温仪观测的风场数据进行对比,发现多普勒激光雷达在水平风速、风向方面具有稳定的高精度探测性能,与超声风温仪之间相关系数达到了0.948和0.984。相比之下,激光雷达垂直风速的探测误差较大,与超声风温仪之间相关系数仅有0.353。研究发现,降雨强度与激光雷达垂直风速误差呈正相关关系,强降雨下垂直风速偏差最大可达到9 m/s。     

成都市PM2.5污染特征及其与地面气象要素的关系分析

为了解成都市PM_2.5污染特征及其与地面气象要素的关系,利用环境空气质量监测资料和地面气象观测资料,分析了PM_2.5质量浓度的季节、月和日变化特征,并分不同空气质量等级分析空气质量与地面气象要素的关系。结果表明：PM_2.5质量浓度具有明显的季节、月和日变化特征,且成都市区6个监测站的变化趋势比较一致;成都市相对湿度较大,地面风速较小,约62%的样本分布在相对湿度80%~100%,约85%的样本分布在地面风速0~2 m·s^-1,地面风速对成都市PM_2.5的水平输送、扩散、稀释不利;降水对PM_2.5的清除量随PM_2.5初始浓度、降雨持续时间和累积降雨量增加而增大。     

强热带风暴蒲公英引起太湖强风的成因分析

0407号强热带风暴(蒲公英)在浙江省乐清市登陆数小时后,300km外的太湖地区狂风大作,位于太湖南岸的太湖自动站7月3日13时极大风力达29.3m·s-1,超过了风暴近中心及途经地区测站的最大风速。这在湖州市历史记录中是从未有过的异常现象,在台风记录中也属罕见。     

Air–Sea Interaction Features in the Baltic Sea and at a Pacific Trade-Wind Site: An Inter-comparison Study

A systematic comparison of wind profiles and momentum exchange at a trade wind site outside Oahu, Hawaii and corresponding data from the Baltic Sea is presented. The trade wind data are to a very high degree swell dominated, whereas the Baltic Sea data include a more varied assortment of wave conditions, ranging from a pure growing sea to swell. In the trade wind region swell waves travel predominantly in the wind direction, while in the Baltic, significant cross-wind swells are also present. Showing the drag coefficient as a function of the 10-m wind speed demonstrates striking differences for unstable conditions with swell for the wind-speed range 2 m s^?1 < U ₁₀ < 7 m s^?1, where the trade-wind site drag values are significantly larger than the corresponding Baltic Sea values. In striking contrast to this disagreement, other features studied are surprisingly similar between the two sites. Thus, exactly as found previously in Baltic Sea studies during unstable conditions and swell, the wind profile in light winds (3 m s^?1) shows a wind maximum at around 7–8 m above the water, with close to constant wind speed above. Also, for slightly higher wind speeds (4 m s^?1 < U ₁₀ < 7 m s^?1), the similarity between wind profiles is striking, with a strong wind-speed increase below a height of about 7–8 m followed by a layer of virtually constant wind speed above. A consequence of these wind-profile features is that Monin–Obukhov similarity is no longer valid. At the trade-wind site this was observed to be the case even for wind speeds as high as 10 m s^?1. The turbulence kinetic energy budget was evaluated for four cases of 8–16 30- min periods at the trade-wind site, giving results that agree very well with corresponding figures from the Baltic Sea.