大气稳定度对边界层垂直风切变的影响

大气边界层垂直风切变是高层建筑、航空和风能利用等领域影响安全的重要因素,对大气垂直分布的研究具有重要实际价值。选用位于河北张家口地区的激光雷达测试场地的140 m测风塔数据,通过测风塔和激光雷达的同期外场测量,验证激光雷达与测风塔对垂直风切变的测量精度,研究大气稳定度对于垂直风切变的影响。结果表明:1)大气稳定度对风切变影响显著,风速切变、风向切变与大气稳定度的相关系数分别为0.48和0.54;2)风速切变随位温梯度的增加而增加,当位温梯度达到0.08 K·m^(-1)后,风速切变保持在0.35~0.40;3)位温梯度大于0时,风向随高度增加顺时偏转;位温梯度小于0时,风向随高度增加逆时针偏转;中性大气风向的垂直分布较为一致。通过测风塔和激光雷达的垂直观测建立了风速切变、风向切变与大气稳定度的关系模型,对风场垂直分布相关的研究与应用具有较好的参考价值。

西北太平洋风速垂直切变异常对热带气旋活动年际变化的影响

应用中国《台风年鉴》资料、欧洲中心40年月平均再分析资料和NOAA的逐月海温资料,研究了西北太平洋(5°—30°N,110°E—180°)风速垂直切变异常对热带气旋(TC)活动年际变化的影响。研究发现,西北太平洋所有TC、风暴以上级别的TC(TSTY,即达到热带风暴级别及以上的所有TC)和所有台风(WTY,包括台风、强台风和超强台风)年频数与西北太平洋风速垂直切变都显著负相关。西北太平洋风速垂直切变大小对生成源地在南海(5°—30°N,110°—120°E)TC和西北太平洋西部海域(5°—30°N,120°—150°E)TC的影响较小,而对西北太平洋东部海域(5°—30°N,150°E—180°)生成的TC影响最大:即西北太平洋风速垂直切变负异常年,有利于西北太平洋东部海域TC生成发展,使得负异常年较正异常年TC频数偏多和源地平均位置偏东;并且风速垂直切变的变化对TC频数和生成源地影响的显著性,随着TC强度的增加而增加。对TSTY生成环境场的进一步分析表明,西北太平洋风速垂直切变偏小年,季风槽偏强位置偏东,它的东端位于宽阔的太平洋洋面,与弱风速垂直切变区相配合,暖的海温加上低层强烈的正涡度和强烈辐合,且相应的高层有强的气流辐散区,这些环境场都有利于TSTY在主要源地尤其是西北太平洋东部海域生成,这是风速垂直切变偏小年TSTY偏多和生成源地偏东的重要原因。

切变风速下风力机叶片流固耦合分析

风力机处于复杂的自然环境中,随着叶片尺寸和柔性不断变大,气动弹性问题日益突出。将基于时间步进自由尾迹的气动载荷模型与结构动力学模型进行耦合,计算了风力机在切变风速下的气弹响应特性。计算结果表明:切变风速下,考虑流固耦合的风轮叶尖变形量呈现周期性波动,且变形量随着风速的增大而增大。由于叶片变形的影响,风轮气动载荷会减小,且当风速高于额定风速时,叶片变形使得风轮载荷明显降低。研究结果对风力机的气动结构设计和控制策略的改进具有一定的参考价值。

风力机风轮设计中风速的处理

风力发电是风能利用的最好形式.随着单机容量的不断增大,风力机的整体尺寸也越来越大,包括塔架高度.一般情况下,无穷远来流风速随高度的增加而逐渐增大.所以在设计大功率水平轴风力机风轮时,风轮设计者是否要考虑无穷远来流风速在铅垂高度等于直径的范围内的速度梯度将是一个值得注意的问题.为准确计算风轮的气动特性,就必须针对这一速度变化范围用合理的方法给定设计风速.分析并证明了用风轮中心处的速度作为设计风速是相当合理的.

环境风垂直切变与登陆台风强度变化关系的统计分析

为了了解环境风垂直切变在登陆台风强度突变下所起的作用,利用1990—2004年登陆中国的111个台风的强度、登陆位置以及NCEP/NCAR每日4次等压面风场等资料,分析了风速垂直切变对台风登陆过程中强度变化的影响。结果表明,与海盆中相比,环境风垂直切变与登陆台风强度的线性相关性减小,滞后的时间长度减短;环境风垂直切变与滞后6～18 h的台风强度有不可忽视的相关性,与滞后6 h的台风强度相关最佳,相关系数为0.215;对于显著增强的登陆台风,其所处的环境风垂直切变不太大,平均在9 m.s-1以下,反之当环境风垂直切变在9 m.s-1以上时,登陆台风的强度也有可能显著减弱;与在华南登陆的台风相比,在华东登陆的台风其减弱型样本相对更多,其强度受风速垂直切变影响衰减得更快。

西北太平洋热带气旋变性的客观判据研究

利用体现热带气旋(TC)热力学特征的"相空间"(简称CPS)方法,加入了体现TC动力学特征的两个参数,即中低层风速切变参数和涡倾斜参数,对2000—2007年的222个TC进行检验。结果表明,CPS方法在增加了动力学参数后,可以更好地描述西北太平洋地区的TC变性过程,弥补了CPS方法对TC动力学特征描述的欠缺,同时客观判据的判断结果与《热带气旋年鉴》资料更相近。

西北太平洋热带气旋频数的气候变化及其与环境要素间的联系

使用Emanuel和Nolan完善的潜在生成指数(GPI)的计算方法,利用美国联合台风警报中心提供的热带气旋(TC)资料和欧洲中期数值天气预报中心提供的全球ERA-40再分析资料,比较了1970—2001年西北太平洋海域的TC生成频数和GPI的气候特征,分析了包含于GPI中的环境要素对西北太平洋TC频数年代际变化空间分布的影响。结果表明:GPI能近似地表述西北太平洋TC频数的季节变化和空间分布。各环境要素对TC、较弱类TC和较强类TC生成频数的影响有显著差异,相对湿度随着TC强度的增强而减弱,风速垂直切变则相反。西北太平洋TC频数年代际变化空间分布的正异常主要分布于130°E以东,(15°N,140°E)附近最大的正异常频数中心主要受绝对涡度和相对湿度正异常变化的影响;负的风速垂直切变和正的相对湿度异常变化引起了(10～15°N,160°E)附近的TC频数正异常。

成都市2015—2019年臭氧浓度夜间变化及成因分析

利用2015—2019年成都市每日逐时地面O_(3)监测资料和同期气象数据,通过模拟和计算区域水平、铅直流场和大气静力稳定度支配参数(Ri),对成都市夜间O_(3)浓度第二峰值的反常现象进行统计分析和原因追踪。研究结果表明:成都市2015—2019年夜间O_(3)浓度第二峰值出现频率为17%,造成O_(3)浓度夜间反常现象的原因是雅安市山风将高空O_(3)输送至地面,而后平流至成都市,或本地高空湍流破坏夜间稳定层,将上层残留层储存的白天高浓度O_(3)送至近地面,加之夜晚绝大部分污染源停止排放,消耗O_(3)的物质大幅减少,造成地面O_(3)浓度的夜间反常变化。引起高空湍流的方式有2种:一是风向切变,且至少切变45°,风向切变角度越大,湍流强度越大,引起残留层向下增长的幅度越大;二是风速切变,且切变层风速要大于上、下层风速2 m/s,切变风速越大,湍流强度就越大,残留层向下增长的幅度就越大,低空急流是风速切变的极端表现。