1010号台风“莫兰蒂”对福建近海风场的影响及其成因分析

分析福建沿岸区域气象自动站、近海气象浮标站等有关风的精细观测资料以及NCEP再分析、雷达反演风场等资料,研究了2010年第10号台风"莫兰蒂"影响福建期间,福建近海风场分布的特点及其成因,以寻找台风影响时福建近海风场预报的着眼点.结果表明:受到环境场及台湾海峡狭管效应,气流与中央山脉之间绕流、阻挡等共同作用,1010号台风"莫兰蒂"影响福建期间,大风在海区上主要集中分布在台风环流东部和福建北部海区;福建中部沿海最早出现大风;而大部分台风影响时间中,中部沿海风力大于北部、南部沿海风力,呈现中间大两头小的布局.特别是1010号台风"莫兰蒂",进入台湾海峡后发展成微型台风,靠近台风的测站在台风临近时才大风突起.而这种微型台风,大风天气突发性强,在风的精细预报中要特别注意短时临近的监控监测.对比各种资料的应用效果表明:NCEP再分析资料反映的主要是海区的大风分布;雷达反演风场,必须结合实况资料验证,具有一定的参考价值;近海浮标站资料,能较早反映台风影响时风场的演变特点,但近海浮标站所观测的海区风力不一定大于相近的沿岸区域气象自动站所观测的沿海风力,二者所观测到的风力、风向的变化与台风位置密切相关.在业务预报中,对近海浮标站资料的应用,还需深入研究,具体情况具体分析.

积云参数化和微物理方案不同组合应用对台风路径模拟效果的影响

利用美国国家环境预测中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)和国家大气研究中心(NCAR)联合研发的天气研究和预报模式(Weather Research and Forecasting Model,WRF),研究了不同积云对流参数化方案和微物理过程方案对0514号台风"彩蝶"路径的影响。结果表明,积云对流参数化方案对台风路径影响较大,KF方案比BM方案能更好地模拟出台风路径;使用KF方案时,选择微物理方案比不选微物理方案对于台风路径有更好的模拟结果,其中,Ferrier、WSM6和Lin非常接近于实况;KF方案较好地模拟出副热带高压(简称副高)的西伸和东退的变化以及台风环流的风场分布和强度。

地形抬升型微地形下台风风场计算模拟

福建地区多为丘陵地貌且夏季台风多发,台风在地形作用下破坏输电线路,造成巨大经济损失。针对现有山区输电线路抗风设计标准偏低问题,以台风经过地形抬升型微地形的风速加速效应为研究对象,依据流体力学理论为基础,采用计算流体力学方法,通过对实际微地形的建模仿真,研究了不同风向角对地形抬升型微地形对风速的加速作用。计算结果表明:地形抬升型微地形对风速有明显的加速作用,风速加速效应最大可达到1.53倍,远超过了国家标准规定。研究结果有利于解决微地形地区输电线抗风设计的执行标准偏低的问题,以及对多台风地区的输电线路抗风设计具有一定的工程参考价值。

利用多种卫星研究台风“艾云尼”宏微观结构特征

利用FY-2C静止卫星、TRMM卫星和Cloudsat卫星分析了台风"艾云尼"的发展演变过程以及台风眼区、外围雨带降水和云的宏、微观结构特征。结果表明,台风发展的不同阶段、不同位置及台风降水的垂直廓线具有不同特征,台风降水云系的5 km高度存在不连续的亮带结构并且亮带以上云系发展较为旺盛,台风云系中的冰水含量和冰粒子数浓度等微观物理参量分布特征对分析台风降水具有一定的帮助。多个卫星的共同观测可以为深入研究台风内部结构、发展演变及降水提供重要的观测实事。

台风及暴雨对电网故障率的时空影响

分析了台风及暴雨影响电力设备故障率的途径;指出停电防御系统为此应拓展采集的数据,包括宏观的天气预报信息及就地的气象数据;提出上述自然灾害中的电网故障率时空预警框架。根据气象信息,结合环境信息及地形地貌信息,预测台风及暴雨的时空演变趋势,并按地理特征修正,在线预报恶劣气象直接或通过山洪、滑坡和泥石流等次生灾害造成输电线断线、倒塔、闪络等故障率的改变。通过自然灾害与电力系统稳定分析模块的接口,将在线安全分析由针对不变的预想故障集改进为跟踪灾害动态修正的预想故障集,使停电防御系统对台风及暴雨灾害具备一定的预警及决策支持能力。

不同微物理方案和边界层方案对超强台风“鲇鱼”路径和强度模拟的影响分析

采用分辨率为1°×1°的NCEP全球格点再分析资料,应用新一代中尺度数值预报模式WRF V3.2,对比分析了不同微物理方案和边界层方案对2010年1013号超强台风"鲇鱼"路径和强度模拟的影响。结果表明:相对于边界层方案,微物理方案对台风路径的影响较大,其中与Ferrier方案相组合的试验中模拟的台风路径平均偏差最小;边界层方案对台风强度有明显影响,其中MYNN2方案模拟的台风强度变化与实况更接近。进一步对比分析了不同微物理方案和边界层方案对大尺度环流形势场、水汽通量场及台风暖心结构模拟的异同,探讨不同参数化方案对台风路径和强度模拟差异的动热力原因。分析表明:不同微物理方案在模拟副热带高压和东亚长波槽的演变特征上是不同的,于是导致对台风路径模拟的差异;不同边界层方案对边界层中水汽通量大小的模拟存在显著差异,而水汽供应的强弱会影响台风上层暖心结构的不同,从而导致对台风强度模拟的差异。

不同积云和微物理方案对“麦德姆”台风登陆后路径的影响

基于中尺度数值预报模式WRF V3.5,利用7种积云方案和13种云微物理方案构成的不同组合设计了91组试验,对2014年第10号台风"麦德姆"登陆后影响江西期间的路径进行了模拟和分析。结果发现,台风路径对积云和微物理方案的选择较为敏感,在91组模拟试验中,模拟路径与实况路径的偏差从29.7~76.9 km不等,平均偏差为54.5 km;Grell-Freitas积云方案与WDM5和WDM6微物理方案的组合(N38和N39)模拟的台风路径最为接近实况路径(偏差约30km),而BMJ积云方案与Kessler、SUB-YLin和Milbrandt微物理方案的组合(N14、N22和N24)的模拟较差,模拟路径与实况路径偏差超过75 km,且明显较实况偏东;对于某一积云(微物理)方案,13种微物理(7种积云)方案的表现也有较大差异,总体上Grell-Freitas和Grell-3方案在7种积云方案中表现最好,而WDM5和WDM6则在13种云微物理方案中表现最好;N38和N39试验成功模拟了台风路径的主要原因是较好地模拟出西太平洋副热带高压(以下简称西太副高)的位置,而N14、N22和N24试验模拟的台风路径偏东则主要是由模拟的西太副高位置偏东造成。

台风-浪-流耦合作用下海上风力机基础结构水动力特性分析

为揭示台风-浪-流耦合作用下风力机基础结构的水动力特性,以广东外罗10 MW级海上风力机为研究对象,基于模式耦合器(MCT)建立中尺度台风-浪-流(W-S-F)实时耦合模拟平台,分析超强台风“威马逊”过境全过程海上风电场台风-浪-流的时空演变特性;再结合中/小尺度嵌套方法分析风力机单桩基础水动力荷载分布特性;提出不同波浪相位下基础柱极值荷载模型。结果表明:建立的W-S-F平台对台风路径的模拟精度较单WRF模式提高42.51%;台风-浪-流耦合作用下基础柱水平波浪力正峰值增大约20%,负峰值减小约18%,并沿水深方向呈指数型变化规律,周向沿180°波向角呈对称分布;T4相位为风力机基础强度设计的最不利相位,基底剪力最大达7.68×10^(6)量级,基底弯矩最大达5.2×10^(8)量级。

台风-浪-流耦合作用下海上10 MW级特大型风力机风荷载特性分析

为揭示海上台风-浪-流耦合作用下海上风力机的风荷载分布特性,以广东外罗10 MW特大型风力机为研究对象,采用Model Coupling Toolkit(MCT)建立中尺度WRF-SWAN-FVCOM(W-S-F)实时耦合模拟平台,分析超强台风“威马逊”过境全过程海上风电场台风-浪-流的时空演变,再结合中/小尺度嵌套方法分析了风力机风荷载分布特性与叶片-塔筒-波浪面之间的干扰效应,提出了极端风况下海上风力机典型位置极值荷载模型。结果表明:建立的中尺度W-S-F耦合平台能准确模拟台风、波浪和海流间的相互作用;塔筒风荷载在叶片干扰段以横风向为主,在波浪干扰段以顺风向为主,并在低空波面附近表现出较强的脉动特征;A位置叶片最安全而B位置最危险;T4相位为海上风力机单桩基础强度设计的最不利相位,基底剪力最大达7.68×10^(6)量级,基底弯矩最大达5.2×10^(8)量级。

一种计及微地形修正的输电线台风风险预警方法

台风过境时,较大的风力往往会引发风偏放电、断线、倒塔等事故,是对沿海地区电网安全可靠运行威胁最大的自然灾害之一。由于台风灾害的高风险性,建立台风预警体系能更经济有效的提升电网抵御台风灾害的能力。现有的电网台风风险预警方法直接使用气象局提供的区域性预测风速,并未考虑具体线路所处的微地形环境对风速的影响,易出现漏警以及虚警。因此,提出一种计及微地形影响的输电线台风风险预警方法。该方法把预警区域按经纬度划分为0.01°×0.01°的网格,将网格内的输电设备与网格微气象、微地形信息关联,建立了输电线微地形条件下的风速修正系数计算方法,可更准确地辨识遭受台风灾害影响的线路集并按风险等级进行预警。实例验证了方法的可行性和有效性。

台风“麦莎”对大连地区造成暴雨的分析

选取登路北上,在大连地区造成强降水的热带气旋0509"麦莎",对其影响大连地区期间的环境流场、路径特征及物理量场进行诊断分析。结果表明,稳定的副热带高压及非纬向高空急流与低空急流的耦合,使来自东南洋面的丰沛水汽不断输送到大连地区,且有利于"麦莎"的北上。"麦莎"在北上过程中,没有从中纬度西风槽获得斜压能量,并没有变性加强。同时,借助于卫星云图、多普勒雷达资料,分析"麦莎"暴雨的中小尺度系统,结果表明导致大连地区强降水的主要系统是两个中-β尺度系统,暴雨落区在"麦莎"的东北侧。

融入attention机制的台风风险预警模型

台风是一种可以给沿海地区电网造成巨大破坏的自然灾害,中国东南沿海地区正是台风灾害频发的地区。对于强台风环境下的地区电网,台风的强风可导致输配电网中的电气设备产生结构性损伤,影响供电稳定性。在电网设备中,杆塔是最易被台风影响的大型设备,从中国东南沿海电网历史台风灾损统计结果来看,绝大多数的倒塔与断杆主要发生在强风圈内,显然风速对杆塔的影响是巨大的。