北京地区低层大气流动模态研究

用风场诊断方法和实际观测资料对北京地区低层大气的背景流动情况进行分析,获取当地流动时空演变的总体型式或模态。所获初步结果表明,该地区大气流动总体分为秋冬型和春夏型。秋冬型更多受强天气系统的影响,春夏型则更多表现出局地中尺度热力环流特征。中尺度环流是该地区低层大气流动的基本模态,春夏季和秋冬季弱系统条件下的区域流动大体按这种模态演变。秋冬季大风天气的流动受地形的动力扰动作用明显,扰动表现为水平涡旋形态,其影响范围包括北京城区及西北部山地。     

北京区域夏冬季风场、温度场的观测研究

用北京及市郊地区共14个地面气象观测站的全月数据顺序文件“D文件”提供的风场及温度资料,采用逐时月平均的方法对北京及周边地区的冬夏两季的风场,温度场特征进行了研究。研究结果表明:（1）北京区域夏季边界层风场受西北特殊地形的影响,夜间低层大气流场常表现为由北向南的下坡风,白天逐渐转为由南往北的上坡风。而在冬季,这种山地—平原的局地环流的现象消失。（2）夏季,城市西部海淀到丰台一带处在一个高温区,构成北京“热岛”的一个主要区域。而在冬季,海淀及海淀以北到丰台南部的地区是夜间的高温中心。     

兰州东部地区冬季风场温度场模拟

采用地形追随坐标系下具有 1.5阶精度的三维准静力模式 ,模拟兰州东部地区的风场和温度场 .模式以地转风资料和系留资料为初始输入 ,根据简化的湍流能量闭合方案进行参数化处理 ,运用地表能量平衡方程预报地表温度 ,考虑了地形影响和人工热源作用 .模拟结果与实际观测资料进行对比 ,位温廓线和风速廓线与实际的变化趋势基本一致 ,模拟的地面流场和垂直温度场基本反映出本地区冬季的流场及温度场特征 .模式技巧的统计检验表明该模式的模拟效果较好 .     

沿海城市风场时空特征分析 ——以福建省晋江市为例

为分析沿海城市风场的时空变化规律,本文以福建省晋江市为例,在当地气象观测资料的气候统计基础上,通过风矢量分解、统计与数值模拟、海陆风日等方法,从静风、主导风与海陆风三个方面研究了晋江城市风场的基本规律,初步了解沿海城市风场的基本特征。结果如下：沿海城市受海陆地形等因素影响导致当地平均风速较高,静风天较少,风能资源丰富;我国沿海城市大多处在季风气候区域,不同季节主导风向差异明显,符合季风气候特征;沿海城市风场受海陆风等局地风场影响较大,某点出现海陆风的频率与其到海岸线距离大体呈负相关规律,海风与陆风风向在海陆风日内转换差异显著,海陆风各项特征均具有季节性差异。本文可为沿海城市风场时空特征研究提供基础理论方法,并且为沿海地区的天气预报与监测、污染扩散与传输、农业种植区划、风资源利用等方面提供十分重要的理论依据。     

正压海洋对中纬西风响应的解析解及讨论

采用中纬度正压准平衡海洋模型,解析求解了其对时变风场强迫的响应,主要结论有: 在时刻t=0和T／2 (T为风场变化周期),在β通道中线上该风场强迫出明显的海洋流场,而在时刻t=T／4和3T／4,虽无大气风场强迫,但仍有较弱的海洋流场。在β通道西边界附近的海洋响应为一对由气旋性和反气旋性曲率构成的涡旋偶,这与在日本本州岛以东、以南海洋流场的EOF模态相像。该解析解中时变风场与流场响应的频率完全相同,但两者存在有位相差,这表明流场响应要滞后于风场异常。该海洋响应的性质属准平衡涡旋波。该解析解能够大体反映时变风场强迫下中纬度北太平洋上层海洋流场的响应,且较先前的结果要优。     

扩展VAP对单多普勒雷达径向风的反演及质量控制

利用理想的均匀和涡旋风场模拟了多普勒雷达径向风资料，检验了VAP方法的反演能力，发现VAP方法对均匀风场反演能力很强，而对涡旋风场反演效果较差，分析显示局地均匀风的假定是主要原因．针对该假定过于理想化的特点，结合实际风场提出了扩展VAP方法，模拟资料对比试验表明，扩展VAP方法计算简便，能显著提高雷达径向风的反演质量，反演风场在风速大小和方向上都更合理．实例反演也证明了扩展VAP方法的反演性能，与双多普勒雷达反演结果基本一致．最后还结合气候极值、时空连续性条件对反演结果进行了质量订正，使反演的风场质量得到了进一步提高，为资料的下一步数值应用奠定了基础．     

保定‒雄安地区近地面大气流动与轨迹输送特征

基于2016—2017年22个地面气象站点的观测资料和NECP-fnl数据, 使用CALMET风场诊断模式, 计算保定?雄安地区两个年份的逐时风场和每日输送轨迹。根据风场与流动轨迹特性, 从大气扩散输送的角度, 将当地大气流动划分为系统大风型、局地环流型与弱系统影响型 3 类。统计分析结果表明: 大气流动3个类型的大致比例为10%, 50%和40%; 系统大风型流动的占比较低, 且春夏季较多, 秋冬季较少; 局地环流型流动以秋冬季较多, 春夏季较少; 弱系统影响型的出现频率在全年变化不大, 但在秋冬季出现频率稍低; 大气流动受西北部山地影响, 山地-平原风可控制山前约100 km的范围, 覆盖保定市和雄安新区大部; 山地-平原风的转换可在山前区域形成部分时段的小风状况; 该地区大气输送的主要路径是西南-东北方向, 对应大尺度背景流动情况; 西北-东南方向的横向输送距离较短, 对应山地-平原风地形环流的影响; 在系统大风和弱系统影响下, 冬春季会出现部分直接向东南方向的输送轨迹。     

内陆核电厂冷却塔对大气扩散影响的CFD模拟

 风场的时空变化和大气湍流特征是影响局地大气污染物迁移、扩散的重要因子。本文以某内陆核电厂址为背景,针对内陆核电厂址气象及地形条件的复杂性,选用三维计算流体动力学(CFD)模型Fluidyn-PANACHE,模拟气载放射性颗粒¹³⁷Cs、气溶胶¹³¹I和常规气态污染物CO在大气中的三维风场及浓度场分布情况。该方法可合理模拟内陆核电厂大型冷却塔等建筑物周围的湍流和绕流,弥补了标准高斯模型精细化程度不足的缺陷。此外,该方法也突破了常规CFD模型很难在一次计算中进行多风向模拟的局限性。计算获得的正常工况下年均大气扩散因子能反映出该厂址大气扩散的季节性差异,即秋季的平均大气扩散因子最大,因此,可考虑将换料大修等非运行工况安排在秋季进行,以降低污染强度。研究获得的年均大气扩散模拟结果与高斯混合排放模式推荐的厂址扩散参数较为一致,典型固定风向的模拟结果与风洞物理模拟结果符合较好,可为中国内陆核电厂址大气扩散研究和评价提供参考。     

凤县山地不同海拔高度风场特征

目的分析凤县山地不同海拔高度风场特征,为开发利用秦岭山区的风能资源提供依据。方法通过在不同海拔高度建立风能加密观测站,进行连续平行观测获取数据,按照风能资源评价技术规定对数据进行统计,采用数据对比方法对不同海拔高度风场特征进行分析。结果与结论凤县境内的风速风向不仅受到大气环流、大尺度天气背景的影响,而且和大地形、中小地形密切相关,平均风速随海拔高度的升高而加大;季节变化中,冬春季风速较大,夏秋季风速较小;不同海拔高度平均风速日变化差异明显,高海拔站与中、低海拔站平均风速日变化呈现反相位,并且在中、高海拔站间风速出现负切变现象;风向受地形影响,不同测点差异明显。     

坡度对三维山丘风场特性及绕流机理分析

为研究坡度对山丘地形风场特性的影响,采用基于空间平均的大涡模拟方法进行了非定常绕流数值模拟研究。首先,通过与试验结果的对比,验证了模拟方法及参数的有效性;然后,研究了15°、21.8°、30°和45°四种坡度对山丘的近地绕流平均和脉动风速场的影响,着重从时均和瞬态流场角度进行了影响机理分析;最后,分析了坡度对地形加速效应的影响,并与不同国家规范结果进行了对比。结果表明：大涡模拟方法可以较有效地模拟不同坡度山丘的平均和脉动风速特性;不同坡度山丘迎风面处的平均和脉动风速场的变化规律基本一致,差异主要在山顶和背风面处。在山顶位置,随着坡度的增加,脉动风逐渐增大,以坡度30°为界,山顶处的流向平均风速呈现先减小后增大的趋势,背风面流动分离点逐渐向下游移动,引起涡旋中心位置逐渐向下游移动且远离山丘壁面。在背风面山腰近壁区,以坡度30°为界,当坡度较低时,随着坡度增大旋涡尺度不断增大,旋涡尾迹变宽,能量逐渐集中,流向平均风速逐渐减小,脉动风速逐渐增大;坡度大于该值时变化趋势则相反。不同坡度的地形加速效应趋势基本类似,主要差异在近壁区,结合各国规范本文给出了不同坡度地形加速效应的最大值曲线。     

大型中心城市平均风速剖面特性的风洞试验

用缩尺模型模拟了上海市同济大学四平路校区所处城市中心区域WNW方向上1.8km×8.0km范围内的真实地貌,通过对该地貌及其衍生地貌工况的风洞试验研究了城市地貌特征、远场与近场地貌的差异以及地貌起点到观测点的距离对平均风速剖面和相关风场参数的影响。结果表明,在平均风速剖面发展稳定前,梯度风高度处于不断升高中,地貌起点距观测点的距离对其影响较大;地貌特征对风剖面的影响极大;研究范围内的大城市中心地貌的地面粗糙度指数达到0.50～0.75,远大于我国现行荷载规范给出的大城市中心地貌的地面粗糙度指数值0.30。建筑结构荷载规范中大城市中心地貌的地面粗糙度指数取值有待增大。     

台风风特性现场实测与数值模拟研究综述

台风风特性的现场实测与CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟是研究台风作用下结构风效应和城市地形风场特性的主要方法。采用综述形式，对当前台风风场特性现场实测与数值模拟研究的基本方法、主要内容、待解决问题及未来发展趋势进行了归纳及总结。现场实测台风数据为台风风特性的研究提供有力的科学根据，在数值模拟软件中对台风风场进行模拟极大方便了对台风风特性的研究。目前，台风实测数据还十分有限，台风非平稳性和地域性差异等因素导致难以用数值模拟的方式准确描述城市地形风场环境。未来，需以现场实测和数值模拟相结合的方式，总结风场特性，对城市地形风场建立适配的台风数学分析模型，得到合适的结构设计风参数选值方法。     

新疆达坂城风区顺风向脉动风功率谱

为研究新疆乌鲁木齐所处达坂城风区的复杂脉动风环境，基于实测风场风速数据分析并拟合了该风区的顺风向脉动风功率谱。结果表明：以反比例函数拟合山区峡谷地形平均风速与湍流强度的关系误差较小；山区峡谷地形湍流积分尺度分布较离散，但整体随平均风速的增大而增大；考虑地形系数的Kaimal修正谱在含能区和惯性子区间能较好地表征实测谱，在耗能区选用三参数拟合描述实测谱效果良好；选用过渡函数来描述惯性子区间与耗能区接触区域的功率谱，拟合效果较为理想。可见达坂城风区具有特殊顺风向脉动风特性，以修正谱和拟合谱分段构成的函数模型可用于表征该风区顺风向脉动风功率谱。     

运动学效应对登陆台风近地面风场模拟的影响

以2016年超强台风"莫兰蒂"为例,采用天气研究与预报模型(WRF)耦合加利福利亚气象模型(CALMET)的方法,提出了适用于台风条件下的CALMET运动学效应改进方案(KETT)。结果表明,KETT方案可以成功消除CALMET原有运动学效应带来的风场模拟系统性误差,并且10 m高度风速和风向模拟误差比原有方案分别降低10.8%和5.4%。在石蛇山区域,与不采用运动学效应相比,KETT方案10 m高度风速和风向的模拟误差均降低12%以上,能够更准确地反映局地地形对台风近地面精细化风场的影响。     

兰州东部地区冬季地面风场特征

根据１９９６年１２月在兰州市东峡口及东部山区多个观测点的地面风观测资料,分析了各个观测点的风向频率、静风频率、平均风速、风向和风速的日变化特征,以及地面流场特征,结果表明,冬季兰州东部地区的最多风向为东风或偏东风,静风频率比较高,平均风速较小,不同地点的风向日变化规律不尽相同。盆地风内速日变化幅度较大,东峡口及其东部山区的风速具有明显的日变化。东峡口外风速在傍晚迅速增大,夜间风速较白天变化为小,上     

上海城市对风速的影响

本文根据上海城市和郊区实测的风速资料,首先论证了由于上海城市的发展,建筑群增多、增密、增高,导致下垫面粗糙度加大,其摩擦阻障效应消耗了空气水平运动的动能,因而使城区的年和月平均风速减小。其次,分析了上海城市热岛效应与风速的相互影响:盛行风速小,有利于热岛的形成;热岛强时,容易发展垂直湍流,有使城区风速增大的效应;在背景风场微弱时,热岛温度场会导致热岛环流。最后,阐明上海城市与郊区的风速差异有一临界风速v_0。当盛行风速大于v_0时,城市下垫面粗糙度大,使风速减小的效应突出;相反,当盛行风速小于v_0时,热岛湍流使城区风速增大的效应显著。上海v_0的年平均值在2米/秒左右。     

防风网作用效果的风洞实验评估

以某钢铁集团即将建设的大型堆料场为背景,运用平面风速传感器和丝线流动显示方法对料场防风网的作用效果进行了评估,得到了料场在3个主导风向下的基本流动形态。实验结果表明建设防风网将使来流风速明显降低,最多可达80%。但由于开孔率偏低,在料场内部会造成大尺度的涡结构。因此有必要对防风网的设计做进一步的优化。本文结果同时也说明由于地形等因素的影响,防风网的实际效果应结合堆料场的具体条件进行讨论。