中尺度数值预报模式(MM5)在海面风场预报中的应用

本文简要介绍了在工作站上运行有限区域海面风场数值预报业务化系统的情况。该系统以MM5V3作为主要框架,选定了积云对流和边界层参数化方案,准备了三种侧边界方案,以确保有限区域海面风场数值预报业务化的运行。半年多的准业务运行表明,系统运行稳定,海面风场预报效果较好,除能直接给有关业务单位参考外,还提供给有关海洋数值预报模式使用。     

中尺度地形扰动的非线性问题半解析解

将大气和海洋中f-平面上中尺度地形的扰动问题统一起来作为一个地球物理流体力学问题，应用涡度、能量和经圈动量守恒条件，将原来高度非线性方程变成一个二阶椭园型非线性方程，用数值模拟方法分析了大气中的过山运动和海洋中的沿岸上升流，给出了与观测接近的模拟结果以及运动过程对内部物理参数和外界条件的敏感性分析。所提方法可供进一步的动力学分析和数值研究参考。     

影响湛江的台风风场数值模拟

本文利用对称型台风风场模型和基于特征线的非对称型台风风场，同时采用背景风场与台风模型风场的合成的方法，研究了影响湛江的台风气压场和风场的数值模拟。研究结果表明：(1)当台风气压场的不对称特征明显时，采用非对称型台风风场模型模拟的结果明显优于对称型台风风场模型的结果；(2)利用背景风场与台风模型风场的合成要比单独使用台风模型风场更好。     

海滩近岸带中尺度地形动力过程研究进展

海滩近岸带中尺度地形动力过程是海岸海洋科学研究的重要研究内容之一。近20年来该领域发展较快,取得了一些重要的成果。对近岸带中尺度地形动力过程的碎波带地形与沙坝、冲流带地形与滩角、海滩风暴响应、观测技术手段等主要领域的进展进行了总结和评述,并对我国海滩研究提出要从加强观测手段和制定长期观测计划两方面来加强的建议。     

8807号台风中尺度结构的诊断分析

1988年第7号台风在近海突然发展并袭击杭州市,台风风力强,破坏力大,给著名的西湖风景区带来严重的破坏.本文应用笔者研制的AFDOS系统,根据数字化卫星云图、地面加密观测自动记录及其他常规资料,对台风进行综合诊断,分析结果表明:(1)8807号台风在杭州湾造成的灾害天气与台风中尺度组织“突变”过程有关.(2)诊断给出的每小时海平面最低气压及500hPa位势高度值与逐时实际观测结果十分一致,我们推算出的当强灾害出现时的中心最低气压值接近960hPa,最低气压出现的时间与杭州湾强风灾害出现的时间十分一致.(3)8807号台风中的积云对流强度与螺旋结构强度呈明显的反位相变化趋势.(4)8807号台风强度的局地突变特征是难以预测的,但通过对台风系统的时空跟踪,强风区移动路径在一定程度上是可以提前发现的.     

在较陡地形下对地形σ坐标的中尺度大气控制方程的修正

通过比较常用地形σ坐标的流体静力中尺度大气控制方程的一般导出与利用张量分析法的导出,分析了前者只限用于很小地形坡度的原因。根据后者对前者作了修正,给出适用于较陡地形坡度的流体静力控制方程。并借助修正了的Ｐｉｅｌｋｅ数值模式模拟气流过山的流场特征,说明修正的作用与意义。     

初始化方案对有限区域海面风场数值预报模式的影响

在一个已应用于海洋要素预报的有限区域海面风场预报模式的基础上,以渤海海域为实验海区,研究初始化方案对有限区域海面风场数值预报模式的影响。对“未采用初始化”与“采用初始化”方法进行了预报实验比较,结果表明,初始化方法对有限区域海面风场模式作用明显,尤其是海面风场的开始阶段,主要体现在海风与陆风预报能力的差异上。     

夏季风场对长江冲淡水扩展影响的数值模拟

建立一个σ坐标系下三维非线性斜压陆架模式，研究长江冲淡扩展的动力机制。数值试验再现了夏季长江冲淡水转向东北的现象，夏季风场对长江冲淡水扩展的影响，取决于风速的大小和动向，风速为３ｍ／ｓ的南风，对冲淡水向北扩展的影响比较明显，而当南风风速达到６ｍ／ｓ时，则起着十分显著的作用，西南风加强了冲淡水向东扩展，但对南北向的扩展影响甚微，东南风抑了冲淡水向东扩散，并使之偏向西北，明确阐明了夏季风场对冲淡水扩展     

风浪及地形对渤、黄海夏季温度垂直结构的影响

通过对所收集到历史海温实测资料的分析,概括了夏季渤、黄海温度结构的特点.在此基础上结合最新的卫星风场、有效波高场和地形资料,分析了风浪及地形对温度结构的影响.结果表明,在开阔的海域,夏季渤、黄海区较大的有效波高都出现在风区较长的地方,而有效波高的大小直接影响着上层海水的混合.渤海中部的双冷核结构和黄海中部温度的台状结构是波浪在海洋表层造成的混合与地形导致的潮汐混合共同作用的结果.夏季在没有明显上升流和平流的地方,浅水处表层温度与水深的关系满足热惯性机制,有温跃层产生的深水处水深仍然能影响到上混合层的深度.     

海岛局部风场特性的风洞试验和数值模拟研究

针对海岛局部风效应突出的问题,采用边界层风洞试验与数值模拟相结合的方法,对3种坡度的理想化海岛地形的风剖面进行了数值拟合,定义了差异系数来描述风剖面变化,利用数值模拟研究了差异系数和最大加速比在迎风侧的分布,重点探讨了海岛坡度和高度对最大加速比和差异系数的影响;基于风洞数据,对迎风侧和背风侧顺风向、横风向和竖向湍流强度和阵风因子分布进行了研究。结果表明：数值模拟与风洞试验结果较接近,风剖面指数在迎风侧较小;靠近坡顶的加速效应尤为明显,其最大加速比为0.4～1.0;坡腰处的差异系数较小,随着岛脊线角度的增加,差异系数为0的位置有向坡脚靠近的趋势;坡度增大到25°、0°岛脊线上最大加速比和差异系数均较大;迎风侧的三向湍流强度分布较规律,而背风侧的三向湍流强度分布较杂乱,尤其是在距海岛表面100 m高度范围内;阵风因子和湍流强度的变化趋势具有较高的一致性。     

地形摩擦对台风移动的影响

本文从动力学的角度研究了台风流场与台风运动的关系,在实际预报中考虑地形摩擦改变的流场对台风移动的影响取得了明显的效果。     

湖区风环流对湖泊环流影响的探讨和数值模拟

本文对北半球大湖中普遍存在的大规模反时针环流的形成,提出了一种物理解释,认为大气在经过湖体时的地转适应过程产生了一个有利于这种环流形成的附加风场。这种环流的强度在一年四季中是变化的,夏季最强,冬季最弱。在此理论的基础上建立了一个三维非线性水动力学数学模型。数值试验表明,风场的有旋性对这种环流的形成起了决定性的作用。计算得到的环流形态基本上与实测结果相吻合。     

风速变化对竹湖流场结构影响的数值试验

利用EcoTaihu生态模型中的压缩坐标系下三维水动力学子模型,对4种吞吐流量（换水周期分别为36d、7．2d、3．6d、35h）,东、西、南、北风向,不同风速的风场作用下的浅水湖泊进行了数值模拟,分析比较了不同风速作用下湖泊分层流场及垂向平均流场结构的差异。结果表明,随着风速的增大,湖泊垂向平均流场逐渐由受吞吐流控制转变成受风生流场控制;在此转变过程中存在着临界风速值,当风速大小超过该值时,流场结构发生明显的改变;风向和吞吐流量是影响临界风速值大小的主要因素。风速变化对稳定状态的湖泊表层、次表层流场有较大影响,而对底层和次底层影响不大。在水深水平变化较大的区域,垂直平均流场结构对风速变化的响应较为敏感,易形成环流,浅水区垂向平均流向和风向一致,深水区则和风向相反;水深变化较小的水域,流场结构对风速变化的响应则较为迟钝。     

热带气旋风场的一种数值计算模式

利用动力学方程组，并对其中垂直梯度项和垂直扩散项进行了参数化处理。利用每日４次的地面天气图资料和台风年鉴中台风中心位置资料，采用数值计算方法对热带气旋及其环境场进行数值计算模拟。计算结果表明，用本模式得到的热带气旋风场及其周围的环境风场比利用公式法得到的风场更为合理。     

风的动力作用

本文从工程角度出发，阐述了风谱的表达、意义及应用，并对风载荷的稳态及脉动部分都进行了讨论，脉动风载荷的计算与前人不同，文中保留了和频项的贡献，对风载荷的各组成部分提供了量的概念。结果表明，风载荷的脉动峰值有可能是平均值的２．３６倍，利用阵风风速计算出的风载荷，数量上接近风载荷的±值，一阶与二阶风载荷的脉动频率都极低，对低频系统应加以注意。     

风力对内陆浅水水域磷水平的影响

本文通过对平度市大泽山水库(面积约0.5平方公里,平均水深约1.5米)的实地观测,研究了风力对内陆浅水水域磷水平的影响。结果表明,影响程度取决于风速、风力作用时间、水深以及风力作用前磷水平的高低等因素。就大泽山水库而言,风速大于2.5米/秒的风力可引起各种形态磷的明显增加。不过对磷酸盐磷来说,如果浓度本来就较高,风力作用下当有大量沉积物颗粒泛起时,会对PO_4~≡产生吸附,因而可能导致水中游离磷酸盐磷含量下降。鉴于此,作者建议对内陆浅水水域进行磷水平调查时应考虑风力的作用。     

海面风场数值预报的历史和现状

本文简要介绍了国家海洋环境预报中心海面风场数值预报的历史和现状.     

台湾海峡风海流的数值计算

本文根据提出的浅海稳定风海流的理论基础和计算方法,计算了台湾海峡的风海流.     

基于台风风场模型的台风浪数值模拟

以CCMP风场资料为背景风场,结合藤田风场模型、Myers风场模型、Jelesnianski风场模型、Holland风场模型,分别构建全新的海面风场.基于非结构三角网格,采用第三代近岸海浪模式SWAN对2011年第5号强热带风暴“米雷”产生的台风浪进行数值模拟.比较SWAN模式模拟的结果和浮标实测数据,发现风场模型能够有效提高台风中心附近3至5倍台风最大风速半径范围内风场和台风浪有效波高的模拟精度.对比4种风场模型对应的台风浪模拟结果,发现Holland风场模型模拟的有效波高与浮标实测值最接近.