南海台风"悟空2000"生成及发展的数值模拟

应用NCAR/PSU中尺度非静力模式MM5模拟了南海台风"悟空2000"从一个热带扰动发展为强台风的过程。模拟结果表明,MM5模式能够很好地模拟出"悟空2000"台风的强度和最大风速,清晰显示出南海台风发展中具有的阶段性和爆发性。从水汽和位涡等诊断量的分析出发,分析了模拟的台风结构和台风眼生成的可能影响因素。敏感性试验结果显示,南海海面温度对台风发生发展有至关重要的作用:如果海表温度降低1℃,模拟的台风最大风速将降低近10m/s,风速达到台风级别(32.8m/s)的时间推迟约7个小时;如果海表温度降低2℃(SST仍高于26.5℃),该热带扰动将不能发展到台风的强度。     

风速对海上观光塔喷泉的影响试验与分析

介绍了海上观光塔喷泉的试验内容与方法,阐述了风速对喷泉效果的影响,分析了测试结果,指出海面风速在3m/s及以下时,对喷泉各层水型的影响较小,偏差均小于25%;海面风速大于4m/s时,对1、2、3、4层的喷泉水型影响较大,对5、6层的喷泉水型影响较小。     

珠江三角洲风场对空气质量的影响

 利用2006-2008年珠江三角洲11个地面气象站逐日14:00风场资料与粤港珠三角区域空气监控网11个监测子站的区域空气质量指数（RAQI）数据,分析研究风场对空气质量的影响。结果表明: 珠江三角洲无论干湿季,北部、东部空气质量比南部、西部好,中部是空气质量较差的地区。区域污染输送对珠江三角洲空气质量有重要影响：区域平均风速大于2.6 m/s时不会出现区域性空气污染,区域平均风速大于3.2 m/s时空气非常清洁;区域平均风速小于1.8 m/s时区域空气污染严重;风速介于1.8~2.6 m/s时空气质量变化比较复杂。     

基于便携式高频地波雷达风场的反演

针对天线口径小、便携式雷达系统具有很宽的波束,大大增加了远距离处海面风和浪参数反演难度的问题,导出了有效浪高与风速之间的经验关系,结合改进后的风向反演算法,即可实现海面风场的获取,而不需要任何先验信息实现远距离风速的反演.风场中同时包含了风速和风向信息,为了验证风场的可靠性,将多个浮标的数据与风场数据进行比对.结果表明:风速比对的相关系数均在0.85以上,均方根误差约为3 m/s;在限定风速大于5 m/s时,风向比对的均方根误差会低于20°.风速与风向的比对结果验证了风场的可靠性.     

星载激光测高仪海面回波的仿真与分析

星载激光测高仪发射的1 064 nm波长激光被波动海洋表面反射,系统接收的时间波形与瞬时海面波浪分布相关。而海面波浪又直接受海面风速影响,因此可以通过观测激光测高仪回波变化监测不同风速下海态变化。本文依据激光雷达方程,利用蒙特卡洛法模拟不同风速下的海面波浪分布,通过光线追击建立海面回波波形仿真器;以地球科学激光测高系统(geo-science laser altimeter system,GLAS)参数为输入,仿真得到不同风速下的海面回波:发现当海面风速在3~10 m/s之间时,回波呈单峰高斯波形,与GLAS发布的实际回波相符;且回波脉宽,以及有效能量反射率(即有效回波能量与发射能量之比)与实测参数误差小于10%。进一步分析可知,回波特征参数与海面风速之间存在显著关联,为利用激光测高仪大规模精确反演海洋表面风速奠定了基础。     

蒙西地区不同边界层参数化方案的近地层风场预报效果评估

利用中尺度WRF(Weather Research Forecast)模式和GSI(Gridpoint Statistical Interpolation)同化系统,通过改变边界层参数化方案对蒙西地区进行了7组回报试验,并基于70个国家级地面站和18座风塔观测对试验结果进行多方面检验。结果表明:模式的预报可以抓住实际风速风向的演变和位相变化。各边界层参数化方案的10 m和70 m风向较观测有轻微顺偏;各方案对有效风速(3~15 m/s)的预报效果最好,对满发风速(15~25 m/s)的效果次之,对无效风速(0~3 m/s)的预报效果最差;各方案都能模拟出风速风向的日变化特征,表现为白天风速随时间增大和风向的顺转,傍晚到夜间风速的减小和风向的逆转;各方案对10 m风场的预报差异较70 m的更为明显,且模拟的风速偏大,YSU方案对10 m风速的预报效果最好,ACM2对70 m风速预报效果最好;TEMF、YSU以及ACM2方案对风切变指数的预报较好;大气层结的稳定性对低层风场的模拟有比较重要的影响。     

近45年北太平洋海表风速特征统计分析

本文利用来自欧洲中期天气预报中心（ECMWF——European Centre for Medium-Range Weather Forecasts）的1957年8月—2002年7月逐6 h的ERA-40海表10 m风场资料,统计分析了近45年期间北太平洋海表风场的月变化特征,以及多年平均海表风速的分布特征,为海洋水文保障、海洋工程等提供参考。结果表明：（1）北太平洋的海表风场具有明显的月变化特征,10月至来年2月的风速整体高于其余月份。（2）从年平均风速来看,阿留申群岛附近海域为北太平洋年平均风速的明显大值中心,年平均风速基本在8 m/s以上;中纬度海域的年平均风速在6~7 m/s;15°N-20°N的东部海域存在一相对大值区,年平均风速在7 m/s以上;赤道西部海域的年平均风速较小,基本在4 m/s以内。     

夏季风下的太湖风场-流场野外观测研究

为研究太湖风场特征、湖流特征以及不同类型风场对太湖湖流的影响,在太湖不同区域布设6台多普勒剖面流速仪和4座气象站,获取同步流场和风场数据,分析夏季风与湖流流场的关系。结果表明:(a)风场方面,空间分布具有不均匀性,各观测点间风速差异较大,各观测点间风向随风速减小而差异扩大化。(b)太湖流场具有明显的风生流特征:空间上,大风(时段平均风速在6.7 m/s以上)情况下,西部湖区出现逆时针环流,湖流分层不明显;小风(时段平均风速在3.8 m/s以下)情况下,没有明显的环流出现,上、下层湖流分层明显,各层流向相对稳定但不相同,补偿流发育。(c)流速方面,10 cm/s以下流速比率90%以上,局部区域水流速度在强风条件下可达20 cm/s。     

大风江典型工程流场变化特征及悬浮泥沙扩散数值模拟

悬浮泥沙扩散会导致局部海域悬浮物增加,对区域海洋生态环境造成一定影响。本研究以大风江大桥为例,基于MIKE21模型分析了大风江潮流场变化和悬浮泥沙扩散特征。结果表明,大风江以往复流为主,涨急时最大流速为0.80m/s,落急时最大流速为0.89m/s,落急流速(平均流速为0.42m/s)大于涨急流速(平均流速为0.28m/s)。大桥建设对大风江的流场影响有限,主要影响范围为桥的东北端海域。当悬浮泥沙在低潮释放时,落潮期间浓度10mg/L的包络面积(10.11km²)远大于涨潮期间的包络面积(1.10km²)。同时落潮时最远扩散距离为7.15km,涨潮时最远扩散距离为2.69km。悬浮泥沙的扩散会对周边海域的水质造成一定影响,因此建议控制施工规模并采取防污帘等措施来减少悬浮泥沙扩散。     

铀矿通风尾气中气态放射性核素氡大气扩散数值模拟

以某铀矿排风井为对象建立物理模型,通过建立核素氡扩散数学模型,利用CFD方法耦合求解得到不同大气风速(0.5,1.0,2.0,4.0 m/s)和下垫面粗糙度(0.1 m,1.0 m)下的大气风场结构及核素氡的浓度分布状况.研究结果表明:大气风速和下垫面粗糙度对核素氡的迁移扩散具有重要的影响;当大气风速小于0.5 m/s时,此时地面粗糙度对核素氡迁移扩散起主导作用.地面粗糙度越大,近距离的氡气浓度越高,局部污染越严重,主要污染范围在100 m以内;当大气风速大于2.0 m/s时,大气风速对核素氡迁移扩散起主导作用.大气风速越大,氡气迁移扩散能力越强,污染距离越大,局部污染较轻,主要污染范围在400 rn以内.文中数值计算方法和结论可以为铀矿区辐射防护及新建铀矿山选址提供参考.     

基于PM谱的二维各向异性海面电磁散射的微扰法研究

运用微扰法研究了基于PM谱的二维各向异性海面电磁散射问题,结合其功率谱推导出了平面电磁波入射时的散射系数表达式。通过数值计算得到了HH极化下双站散射系数随散射角变化的曲线,讨论了摩擦风速、风区范围、海面上方10 m高度处的风速、观察方向与逆风方向之间夹角和入射波频率对双站散射系数的影响,得到了基于PM谱的二维各向异性海面电磁散射的基本特征、分区特征和随频率变化的特征。     

Observing seasonal variations of sea surface wind speed and significant wave height using TOPEX altimetry

One year of ocean topography experiment (TOPEX) altimeter data are used to study the seasonal variations of global sea surface wind speed and significant wave height. The major wind and wave zones of the world oceans are precisely identified, their seasonal variability and characteristics are quantitatively analyzed, and the diversity of global wind speed seasonality and the variability of significant wave height in response to sea surface wind speed are also revealed.     

近10年南海海表风场季节特征统计

基于Fortran程序和Grads(Grid Analysis and Display System)软件,利用QN(QuikSCAT/NCEP)混合风场,统计了近10年(1999年8月~2009年7月)期间南海海表风场特征,主要统计了风速风向的季节特征,期望研究结果可以为航海、防灾减灾等提供参考。结果表明:(1)春季,风速的大值区位于南海北部,约3.5~5.0 m/s,台湾海峡能达到5.5 m/s;除泰国湾和北部湾以外的大部分海域以东北风为主,北部湾以偏东风为主,泰国湾以偏南风为主。(2)夏季,受西南季风影响,大部分海域以西南风为主;风速的大值区位于中南半岛附近海域,该海域为传统的南海大风区,约5~7 m/s。(3)秋季,为季风过渡季节,风向稍显凌乱,南海中北部已转东北风,而南部部分海域的西南风尚未完全消退,泰国湾在该季节则以西北风为主;风速的相对大值区位于南海北部和台湾周边海域,约6~9 m/s,台湾海峡基本都在9 m/s左右。(4)冬季,受冷空气影响显著,整个南海均以强势的东北风为主;风速大值区呈东北-西南走向,大部分海域的风速在8 m/s以上,台湾海峡能达到11 m/s左右。     

南中国海海表风速长期变化趋势

利用CCMP风场,计算了1988~2009年南中国海海表风速的变化趋势以及变化趋势的区域性差异、季节性差异。结果表明,1988~2009年,南中国海的海表风速整体上以0.038 6 m/(s·a）的速度显著性逐年线性递增;近22年期间,南中国海海表风速的变化趋势表现出较大的区域性差异,大部分海域的海表风速呈显著性逐年线性递增趋势,为0.03~0.15 m/(s·a）,呈显著性线性递减的趋势分布于台湾东部和菲律宾周边的一些零星海域,无显著性变化趋势的海域分布于南中国海12°N附近一带状海域、中南半岛东南海域一椭圆形海域;南中国海海表风速的变化趋势表现出很大的季节性差异。     

Reduced drag coefficient for high wind speeds in tropical cyclones

The transfer of momentum between the atmosphere and the ocean is described in terms of the variation of wind speed with height and a drag coefficient that increases with sea surface roughness and wind speed. But direct measurements have only been available for weak winds; momentum transfer under extreme wind conditions has therefore been extrapolated from these field measurements. Global Positioning System sondes have been used since 1997 to measure the profiles of the strong winds in the marine boundary layer associated with tropical cyclones. Here we present an analysis of these data, which show a logarithmic increase in mean wind speed with height in the lowest 200 m, maximum wind speed at 500 m and a gradual weakening up to a height of 3 km. By determining surface stress, roughness length and neutral stability drag coefficient, we find that surface momentum flux levels off as the wind speeds increase above hurricane force. This behaviour is contrary to surface flux parameterizations that are currently used in a variety of modelling applications, including hurricane risk assessment and prediction of storm motion, intensity, waves and storm surges.     

基于投影网格上的Phillips谱真实感海浪仿真模拟

针对如何有效利用现代图形硬件渲染大规模真实感海浪场景的难题,构建了一种基于投影网格上的Phillips谱海浪模型,利用GPU得到的海面浪高渲染为实时高度浮点纹理图,对每个像素进行求梯度得到海水法向纹理图。提出了基于GLSL语言的海水光照算法,实现动态海面光照效果,通过对程序参数的调节,进行不同风向风速下海面浪高的控制以及能见度、太阳高度角等不同气象要素下的真实感海浪绘制。仿真结果表明,该模型及渲染方法能够获得逼真的场景特效。     

寒潮与雷雨大风天气个例风浪分析

选取2008年12月21日寒潮天气与2010年5月30日雷雨大风天气两个个例,探讨了寒潮天气与雷雨大风天气对连云港近岸海域风力、海况和海浪等要素产生的影响。寒潮天气,风速逐渐增大,海况、海浪也随之逐渐增大;雷雨大风天气,风速快速增大,海况、海浪也随之快速增大;雷雨大风天气比寒潮天气造成的风浪变化来得突然,不易判断和预防。针对寒潮天气,应用Wilson公式估算海浪波高和利用数值预报模拟推算海浪波高的计算比较准确,与实际观测值的误差小于10%。