阵风入流下翼型凹变对风力机气动噪声影响研究

基于自然风非稳定性的特点,依据风力机各项参数拟合出阵风函数,对某S翼型水平轴风力机进行三维非稳态数值计算和试验,研究阵风入流和稳定入流下翼型凹变对尾迹辐射声频谱、声辐射传播和尾迹涡量耗散的影响。结果表明:翼型凹变可有效降低尾迹气动噪声,其基频及倍频声压级明显低于原始叶片;随着轴向距离增加,翼型凹变叶片降噪效果逐渐增大,在轴向500 mm处声压级最大降低3.6 dB,且阵风入流下翼型凹变降噪效果大于稳定入流。同时,翼型凹变叶片尾迹涡量明显降低,验证了翼型凹变降噪的有效性。

一次高空冷平流诱发的极端雷暴大风分析

为提高盆地西部极端大风的预报预警水平,利用多源探测资料和再分析资料,从天气学角度对2021年7月18日四川盆地西部的一次极端雷暴大风的成因和风暴的精细化结构进行分析。结果表明:在高空干冷平流侵入低层暖湿区域以及中等强度垂直风切变作用下,配合抬升凝结高度以下“喇叭口”结构的温湿廓线条件形成本次雷暴大风。中层干冷入流加强为急流、蒸发冷却和降水拖曳明显增强、冷池梯度加大等因素诱导强下沉气流在地面形成极端大风。极端大风出现时雷达回波为弓形多单体回波。成熟和消亡阶段,本站气压涌升和风速剧增开始时刻较最大瞬时风速出现提前15 min左右,瞬时风速的大值时段与相对湿度小值时段同时出现。成熟阶段灾害性大风发生的区域位于风暴母体“V型”缺口顶部及其右侧区域。此外,基于RKW理论还发现,风暴最强时刻冷池和低层风垂直切变产生的水平涡度接近平衡状态。

2015年7月14日阵风锋及锋后大风多普勒天气雷达产品特征分析

利用济南多普勒天气雷达和自动站探测资料,结合天气形势及天气实况,对2015年7月14日发生在山东境内的1次阵风锋及锋后大风演变特征进行了分析。结果表明,阵风锋在其3 h生命史中有1h出现8级以上的大风天气,实测的极大风速达到了24 m·s^(-1)(9级大风)。阵风锋形成发展阶段和旺盛阶段,产生阵风锋的强对流单体的最大反射率因子维持在60 d BZ左右,强中心高度基本在5 km左右,单体顶高基本在9 km以上,C-VIL基本在40 kg·m^(-2)以上。风暴具有先左向传播后右向传播的特征,形成左右2个风暴群,共同维系着阵风锋的发展与持续。左右风暴群的强度、顶高等参数差别不明显,但所致大风却差别较大。左侧风暴群所致最大风力达到10级,其前方阵风锋上最大风力达到9级,右侧风暴群所致最大风力为8级,其前方阵风锋上最大风力为7级。左侧强风暴后侧低层存在大的后部入流,而右侧风暴群没有这种现象。强的后部入流可导致风暴后部产生更强的下沉气流,从而在地面产生更强的下击暴流及强的阵风锋。

上海地区移动型雷暴阵风锋特征统计分析

文章利用常规天气资料、双多普勒雷达资料、GFS 3 km分辨率分析场资料以及地面自动站资料等,统计分析了上海地区2009-2014年共18次移动型雷暴产生的阵风锋的个例,包括天气背景、温湿环境特征以及阵风锋在雷达图上的特征等。根据阵风锋生成的时段以及与其母体雷暴的相互作用和影响,将移动型雷暴产生的阵风锋分为两类:(1)一类出现在雷暴发展、成熟阶段,阵风锋通常与雷暴保持一定的距离同向运动,出现阵风锋的雷暴主体通常伴有高悬的后侧人流急流,生命史长达2h以上;(2)另一类出现在雷暴的减弱消亡阶段,出现后即逐渐远离雷暴,出现阵风锋的雷暴主体通常伴有从雷暴系统后侧倾斜向下正好到达雷暴前侧阵风锋处的后侧人流急流。阵风锋出现后,逐渐远离雷暴运动,大部分阵风锋(12个个例)出现在雷暴移动方向的前侧,与雷暴移动同向,少数阵风锋(4个个例)出现在雷暴移动方向的异侧,与雷暴移动不同向。统计分析结果表明:第一类阵风锋一方面与雷暴同向移动,不断将其前侧低层的暖湿空气抬升,并沿着阵风锋输送到雷暴中去;另一方面,由于较强的垂直风切变和较强的对流有效位能对后侧人流急流高度的维持起到了关键作用,高悬的后侧人流急流和垂直风切变共同产生的正涡度和冷池产生的负涡度平衡,有利于维持雷暴的发展传播。因此,阵风锋后侧的雷暴持续稳定的发展,并在其后侧可观测到雷暴的新生。第二类阵风锋生成后即逐渐远离雷暴主体,仅以孤立波的形式传播,受经过的环境的影响,其后侧的干冷气流的性质逐渐减弱。与雷暴同向运动的阵风锋切断了暖湿气流向雷暴的输送,不利于雷暴的发展;同时在弱-中等切变和弱-中等对流有效位能的环境中,从雷暴后侧向前侧倾斜向下的后侧人流急流和冷池共同产生的负涡度强于垂直风切变产生的正涡度,强冷池前沿的上升气流向后倾斜,不利于新对流单体的发展,雷暴大都在阵风锋出现2h内消亡。

北京夏季一次罕见偏南大风天气的成因分析

利用自动站观测资料、NCEP/NCAR再分析资料、多普勒雷达资料和多普勒雷达四维变分分析系统资料,对北京盛夏时节出现的一次大风天气进行研究分析。结果表明,2014年7月14日午夜,在弱天气尺度强迫的背景下,北京大部分地区出现了持续数小时的6~8级偏南风,造成此次大风天气的成因是:(1)前期(14日20:00-23:00,北京时)河北东南部—山东北部的局地强降水导致该地温度骤降、气压升高,形成冷池出流;冷池北部为弱北风和暖空气,另外受地形影响,出流气流向北推进形成偏南风;(2)偏南风与北京东北部平谷地区出现的局地强降水形成正反馈,偏南风的辐合作用有利于降水的发生;同时伴随着偏南气流的发展,北京上空的上升气流也随之增强,因此降水区的入流抽吸作用进一步促进了偏南风的加速。

一次夜间弓形回波特征分析

针对2012年7月13—14日一次发生在高空槽前暖湿环境中产生短时强降水和7—9级雷雨大风的夜间弓形回波系统,进行了天气过程分析和数值模拟,发现弓形回波系统由两个多单体雷暴合并发展,强降水特征明显,在弓形回波的弓形顶点经过的浙江北部的嘉兴到上海青浦、宝山等一线出现了长距离的直线大风。分析表明,在整层湿度较大的环境中,来自对流系统南侧的中高层干暖气流卷人,加强了雷暴中降水的蒸发冷却作用,导致雷暴中的下沉运动明显增强,是产生长距离直线大风的关键环境因素;弓形回波系统后侧维持向前、向下倾斜的后侧人流急流,与雷暴内的下沉运动共同作用增强了风暴前侧的气压梯度,是产生此次弓形回波大风的主要原因;强低空环境风垂直切变阻止了冷池快速离开风暴主体,弓形回波前侧的阵风锋与低层环境风垂直切变形成的匹配涡对使得前侧新生对流垂直发展,是该弓形回波系统发展、维持的关键机制。

渤海湾阵风锋垂直结构特征及维持机制分析

利用多普勒天气雷达、风廓线雷达、VDRAS反演资料和地面加密自动站等资料,分析了从渤海湾西岸和南岸移入的两条阵风锋发展演变过程及其维持机制。结果表明:西岸阵风锋处于“亚最优切变态”,垂直伸展厚度为1.8 km,对流层低层强盛的西南暖湿气流沿阵风锋输送到雷暴中,强冷空气堆下沉与近地层暖湿空气形成的气压和温度梯度密集区造成8级雷暴大风。区别于经典阵风锋,南岸阵风锋处于“最优切变态”,冷池传播速度与低层垂直切变基本持平,边界层呈现强东北气流入流(150~750 m),垂直伸展更为深厚(2.6 km),地面冷池与低层垂直风切变对其发展维持起到重要作用。雷暴母体伴有后侧入流急流(RIJ)侵入到达阵风锋处,RIJ下沉过程中将干冷空气夹卷进入下沉气流,通过蒸发作用产生负浮力使冷空气加速下沉,加之降水粒子的拖曳作用,加强了下沉气流强度,最终造成10级以上灾害性大风。计算表明南岸阵风锋冷池传播速度与低层垂直风切变相平衡,较地面大风强1个量级。