高海拔深切峡谷典型季节风参数日变化特征

为确定高海拔深切峡谷典型季节风特性参数的日变化特征,依托青藏高原某横跨雅鲁藏布江的大跨度桥梁为工程背景,开展桥位风特性现场实测,选取冬季、夏季没有较强天气系统作用的典型时段,统计分析风速、风向、风攻角、风速剖面等平均风参数,采用db8小波提取时变平均风速,通过非平稳风速模型分析紊流强度、积分尺度、紊流功率谱等脉动风参数。研究结果表明:峡谷风场风速、风向均呈现以天为周期的规律波动,风速在凌晨和上午相对较小,不同季节风速起落时间不一致,夏季、冬季风速分别在10:00、12:00开始逐渐增加,在20:00、21:00后开始快速减小,夏季风向基本稳定,冬季风向在15:00存在突变,风攻角与风速、风向显著相关,在冬季先减后增、15:00取最大负值,夏季相反;冬季风速剖面显著变化、夏季趋于平稳,指数律模型不能准确描述峡谷风速的垂直分布规律;夏季紊流强度趋于平稳,冬季先减后增、12:00取最小值,实测横风向、竖向紊流强度与顺风向比值高于规范推荐值;冬季、夏季紊流积分尺度变化趋势相同且与风速变化趋势一致,实测积分尺度远小于规范推荐值;归一化功率谱峰值频率随时间变化先减后增,功率谱可采用统一形式进行描述,并考虑其在频域内分布随季节、时间改变产生的偏移效果。

地面风传感器加热装置设计及试验研究

在冬季雨雪、冻雨、雨凇和雾凇等天气现象发生时,自动气象站风传感器转动部件容易发生冻结,造成风向风速观测数据缺测。为解决风传感器冻结的问题,设计一种基于分级加热技术的风传感器加热装置,采用多级加热元件组合控制的方式,实现自适应启动不同级别的加热模式。通过试验对风传感器加热装置性能进行测试,以及对风向风速观测数据进行处理分析,评估风传感器加热装置在气象观测业务中应用的可行性。结果表明,带有加热装置的风传感器起到了很好的防冻结作用,运行更加稳定;带有加热装置的风向风速数据完整性优于未带有加热装置的风传感器,两者风速具有较强的相关性,相关系数均在95%以上;两者风向一致性显著,均在80%以上,10 min风向一致性优于2 min风向一致性。可见,风传感器加热装置可有效减少风传感器冻结发生的次数,及时消除结冰层,降低观测人员设备维护工作量,提高风传感器运行的稳定性和数据的连续性,为风传感器加热装置应用于气象观测业务提供决策支撑。

风廓线仪系统探测试验与应用

在简述大气风廓线仪和电声探测系统结构及探测原理的基础上,对廓线仪探测资料与同步探空仪资料进行了对比,验证了风廓线仪资料的可信度,并应用风廓线资料分析了梅雨锋期间中尺度降水的对流特征和相关问题。结果表明:大气风廓线仪对水平风的垂直结构有较强的探测能力,能实时监测中尺度降水期间风的垂直切变和对流特征,有助于提高临近天气预报的精度,准确预报降水。

坝陵河大桥桥位深切峡谷风剖面实测研究

用相控阵声雷达风廓线仪对坝陵河大桥桥址处深切峡谷中风剖面进行了实地观测,结果表明:在地形复杂的山区深切峡谷中,平均风剖面受峡谷地形影响较大,形态有时显得较为复杂而不规则,呈现锯齿形、正切变形或逆切变形等多样化。在峡谷的上半部,平均风速较大时其剖面相对较为规则,但不符合规范中描述平坦地貌平均风速剖面的幂函数形式,而具有e指数函数的变化规律。此外,统计显示,风向角在低空范围内受峡谷地形的影响要比在高空范围内严重,其在低空范围的变化幅度也要比在高空范围的变化幅度大。风迎角的散布范围和绝对值大小均随高度的增加呈减小的趋势。观测得到的峡谷湍流度大于平坦地貌湍流度的规范推荐值,同时峡谷湍流度具有一定的随机性,并且这种随机性随高度的增加而变大。

河北地区边界层内不同高度风速变化特征

为了研究城市化进程对风速变化的影响,利用1971—2006年河北省境内邢台、张家口和乐亭3个探空站高空风观测资料和对应地面站风观测资料,统计分析了边界层内距地面10m、300m、600m、900m4个高度的长期风速变化特征,比较了不同高度风速变化趋势的异同。分析结果表明:3站年和季节平均风速随着距地面高度的增加而变大,但最大的风速垂直递增率出现在从10m到300m之间;各站各高度层月平均风速具有明显的季节变化特征,春季风速最大,夏季较小;在近36年里,3站平均的地面(10m高)年和季节平均风速变化存在显著的减少趋势,300m以上各高度层平均风速一般也降低,但远没有地面明显;不同高度平均风速变化趋势的差异可能主要是由城市化以及台站附近观测环境的改变引起的,这使得地面风速明显减弱;但地面以上各层平均风速同样存在一定减弱现象,说明背景大气环流的变化也是地面风速下降的原因之一。

普立特大桥桥位处山区风特性实测研究

为了获取偏远山区的风场特性,以普立特大桥桥位处风场实测项目为研究背景,开发了基于无线传输的高频风速仪数据采集系统,分析了桥位处的平均风特性,并对实测脉动风的非平稳与非高斯特性进行了探讨.研究结果表明：与传统方法相比,新开发的无线传输系统具有实时传输、成本低及无需现场监测等优势;桥位处的大风期主要集中在2~4月份,且大部分发生在西南方向;在选取的强风天气中,出现山区雷暴风的比例约为15%;实测强风的平均风攻角主要在-10°~0°范围内波动;拟合出的风剖面指数波动范围为0~0.14,且其拟合概率密度分布的均值0.056明显小于规范规定的最小值0.12,说明规范规定的风剖面指数不足以描述山区风;山区风出现了同时具有非平稳与非高斯特性的风速样本,且其瞬时最大风速可达22.0 m/s.

沿海陆上风速衰减规律

为了研究沿海地带风的变化规律 ,在天津渤海湾进行了补充设点观测试验 ,结果表明 ,在距离海岸线10km的范围内 ,风速迅速衰减 ,随着向陆上的延伸 (10km以外 ) ,这种衰减逐渐缓慢 。

广东沿海近地层大风特性的观测分析

根据广东沿海岸边3个测风梯度塔实测资料及18个沿海气象站历史资料,普查出该地历史上各个8级以上大风个例,并针对各类天气系统造成的大风过程,对比分析其在近地层的阵性特征、演变规律、垂直切变和空间分布等特征。还根据实际观测事实,针对结构工程抗风设计的需求,分析指出了目前我国相关的国家规范中存在的风参数误差,提出了在热带气旋影响的沿海地区,结构工程抗风设计中风参数取值的具体依据。

阵风锋自动识别与预警

根据阵风锋的回波特征,该文设计了阵风锋自动识别算法。在速度场中,考虑辐合线识别;在强度场中,考虑窄带回波识别;根据窄带与辐合线的空间一致性,综合二者识别出阵风锋。基于该算法,以锋线闪烁和物理量输出两种方式实现了预警功能。最后利用地面自动气象站资料和2009年6月3日河南商丘、郑州及2009年6月5日安徽阜阳3个雷达站探测的阵风锋98个体扫样本资料检验了识别效果,并采用临界成功指数进行评估。结果表明:双向梯度法能有效滤除大范围降水回波而保留窄带回波;该算法只需考虑较低仰角层,大大提高识别效率。在速度场中采用的算法能有效识别出径向辐合线,同时也适用于低空径向风切变和辐合线的识别;利用临界成功指数对98个体扫样本进行识别率评估,识别率达到68.4%。

利用风云-1C气象卫星监测南疆沙尘暴研究

利用我国新近发射的风云 -1C极轨气象卫星 ,对 1999年 5月 13～ 14日发生在塔里木盆地至河西走廊西部的沙尘暴与浮尘扬沙天气进行分析。发现本次沙尘暴过程仅发生在盆地南部并沿昆仑山、阿尔金山等山脉北麓向偏东方向移动 ,然后影响到敦煌附近并逐渐减弱为浮尘扬沙天气。同时进行天气气候学分析和解释。说明风云 -1C在环境监测方面可以发挥极好作用。

利用GPS定位资料分析L波段雷达测风性能

新研制的GPS探空仪是在我国高空站网上普遍使用的L波段雷达-数字探空仪系统中增加GPS定位模块,高空风数据不但可以通过GPS定位数据计算获得,同时还可以通过L波段雷达单测风方式进行计算,这样使其自身获得了多方面的动态比对试验。通过对23份对比施放记录分析发现:在一般情况下,经过同等的适当滑动平滑后,从L波段雷达和GPS定位两个独立系统得出的高空风廓线基本一致,说明L波段雷达的测风精度基本可以达到GPS测风水平。但在探空仪上升到高空小风速区且远离测站时,雷达测风精度明显较GPS测风精度低,需要对原始数据进行更大范围的平滑。对照分析表明:目前高空站的L波段雷达观测业务还有较大发展潜力。

微型探空飞机解析测风方法

介绍一种利用微型无人驾驶飞机为探测平台，ＧＰＳ接收机为测量装置的解析测风方法。它基于飞机盘旋飞行与大气运动有十分显著的差别，建立运动方程组，用解析的方法求算大气运动。理论分析和与小球及雷达测风的比较都表明，解析测风方法是一种精度较高的测风方法。

自动与人工观测风速和风向的差异分析

利用四川7个基准气候站2005年自动与人工观测风速和风向资料,就自动与人工观测的风速和风向的差异、引起差异的原因进行了分析。结果表明:各风速项目均是自动观测值比人工观测值平均偏高,偏高值在0.06～0.46m·s^(-1)之间,在风速测量准确度的偏差范围内;2分钟风速、10分钟风速、日最大风速的自动与人工对比观测样本差值在风速观测准确度(±0.5m·s^(-1))范围内的分别占37.72%、55.35%、67.75%,风向相符率分别为62.33%、75.84%、43.64%。自动与人工观测风速值的差异随风速的增大而减小,且没有明显的日变化、季节性变化和地域性变化特征。自动与人工两种观测原理、精度要求、统计方法、观测时间和观测方法的不同,都会引起两种风测量值出现差异。

城市边界层数值模式研究以及在香港地区复杂地形下的应用

由于城市表面复杂的下垫面的影响 ,使得城市边界层风温场结构较其他下垫面有很大不同。作者通过将城市中 5 0 0m网格内的各种地表类型 ,按照各自在网格中所占的百分比及各自的地表参数加权平均 ,得到此网格的平均的地表参数 ,以此准确反映下垫面的情况 ,建立分辨率为 5 0 0m的城市边界层能量平衡模式 ,将此城市边界层能量平衡模式嵌入动力学框架 ,并用中尺度模式MM5作为初始条件和边界条件 ,建立一个既考虑中尺度背景场又详细考虑城市下垫面复杂性与多样性的城市边界层模式系统。将模式系统运用于香港复杂地形下的边界层特点的模拟研究。通过与观测值的比较 ,模式能够较准确的模拟出海陆风、城市热岛等热力过程 ,及气流过山引起的绕流等动力过程 ,并且通过对边界层高度的模拟预测污染扩散的条件等。说明模式系统具有模拟在中尺度的背景场的控制下海陆风环流、过山堆积和绕流及城市热力影响的能力。

基于FSAM模型的岳阳地区美洲黑杨人工林通量观测源区分布

基于岳阳市通量观测塔2006年全年观测数据,应用FSAM模型,分析不同大气稳定度下该观测点通量信息的源区分布。结果表明:主风方向上(0°～90°),通量源区(P=0.9)迎风向(X向)上的分布范围在稳定大气条件下为110～3500m,而在非稳定大气条件下为90～1800m;3个非主风方向上(90°～180°,180°～270°和270°～360°)通量源区(P=0.9)迎风向(X向)上的分布范围在稳定大气条件下以180°～270°最大,为110～4500m,而在非稳定大气条件下3者相当,为90～1800m;主风方向上,相同大气条件下,生长季的通量源区略大于非生长季的通量源区,且生长季和非生长季的通量源区在不稳定大气条件下都比稳定大气条件下小;通量观测结果能代表仪器所在地的下垫面特征。

高光谱分辨率激光雷达同时测量大气风和气溶胶光学性质的模拟研究

提出一套高光谱分辨率激光雷达 (HSRL)系统 ,用于同时测量大气风和气溶胶的光学性质。该HSRL系统中使用碘分子滤波器分离分子和气溶胶后向散射 ,同时利用双边缘检测技术测量大气风场引起的多普勒频移。文中选用合理的HSRL参数和大气模型数据 ,模拟和分析了HSRL的测量性能。系统夜晚运行时 ,可测量 2 0km以下的大气风速和气溶胶 ,风速误差小于 2ms- 1 ,气溶胶的后向散射系数相对误差小于 30 %。在白天工作时 ,相同误差下的可探测高度为 1 0km。模拟分析结果表明 ,该HSRL雷达有较大的应用前景 ,对天气和气象研究等有重要意义。

风的空间不均匀分布对风廓线雷达数据质量影响研究

风廓线雷达基于均匀风场假定条件计算水平风,在不考虑雷达系统测量误差的情况下,探测波束内风的不均匀性是影响雷达数据质量的主要因素。通过5波束风廓线雷达计算出两组独立的水平风分量U_e、U_w和V_n、V_s,利用旋转坐标系方法将风的水平速度不均匀分布和垂直速度水平不均匀分布对雷达测风的影响进行分离,对北京延庆CFL08风廓线雷达2012年全年数据进行时间一致性平均质控处理,针对一小时分辨率数据分析了两种不均匀对测风数据质量的影响程度。结果表明:(1)雷达波束空间内的水平不均匀和垂直不均匀对水平风测风数据的质量均有影响,影响程度与风速大小有关;(2)晴空条件下垂直速度较小,水平不均匀是影响测风质量的主要因子,水平不均匀与垂直不均匀对测风质量影响比约为2:1;(3)降水期间水平不均匀和垂直不均匀程度均大于晴空,二者对测风质量影响比约为1:1。分别分析了晴空和降水情况下风的空间不均匀分布对测风质量影响的可能原因,是改进水平风数据质量算法的预研究。

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。

ASCAT反演风场与华南及南海站点观测对比分析

利用2014—2017年华南沿海及南海的浮标站、海岛站、石油平台站、沿海自动站等277个自动站风场数据,与ASCAT反演风场进行了对比分析。结果表明,当观测风速小于5 m/s(大于15 m/s)时,ASCAT反演风速的平均绝对误差在3 m/s左右(存在2级左右的高(低)估);当风速介于5~10 m/s时,平均绝对误差在2 m/s左右(多数ASCAT有1~2级的高估);介于10~15 m/s时,ASCAT反演结果相对最好,风速、风向准确率能够达到60%以上。ASCAT对风速的反演结果受陆地影响较大,与观测风速的相关系数从高到低可分为三类:(1)浮标、平台站;(2)西沙、南沙自动站;(3)广东沿海自动站及海岛站、海南海岛站。ASCAT反演风场在风向的应用较风速更优,其中,东北风样本数最多,其次分别为西南风、东南风和西北风。浮标站、平台站、西沙自动站的风向反演质量相对较好;所有测站风向偏差主要由5 m/s以下的弱风贡献。单站多年月平均风速变化显示,ASCAT反演风速相对测站主要为正偏差,且秋冬季比春夏季偏差更大,这可能与大气稳定度有关。

最大地面风速的预测研究

为了解决航天发射场极值风速的预测问题 ,本文提出了用于极值风速预测的一种新方法—相关系数法 ,并利用此方法对三种典型的概率分布进行了对比研究。在对比过程中 ,检验了三组极值风速。假设每组检验样本内的极值风速数据是统计独立的 ,于是极值风速就可以描述为随机过程。研究表明最适于描述极值风速的概率分布是reverseWeibull分布 ,与peak over