兰州大气气溶胶的太阳光度计观测分析

利用2006年春冬两季在兰州及其市郊皋兰山的CE318型太阳光度计观测资料,分析了市区内与山上的气溶胶光学厚度(AOD)。通过研究发现,兰州气溶胶光学厚度的主要影响因子为大气稳定度;而气溶胶波长指数的主要影响因子为地面水平风速。市区AOD日变化呈现峰型和平稳型,山上为峰型和谷型。市区的AOD平均值显著大于山上;市区与山上的AOD平均日变化都为冬季大于春季。市区上空的大部分气溶胶集中在600m以下的高度层中,春季这一气层的气溶胶对总AOD的贡献率为71.4%,冬季为74.6%。山上气溶胶粒子半径冬季小于春季;市区上空春季气溶胶粒子以沙尘为主;冬季气溶胶粒子以烟尘排放为主。     

塔里木盆地地面风场与FNL资料的误差分析

塔里木盆地是全球沙尘暴的高发中心,其沙尘气溶胶对全球气候有重要的影响,是研究全球变化的热点区域之一。因地形和沙漠腹地观测资料的缺乏,常用FNL(最终分析资料)分析资料来代替地面的实际风场去驱动数值模式。利用2001—2010年十年的FNL的地面风要素资料,将其插值到盆地中相应台站,并通过二者风速相关、风速的绝对误差以及风向的对比分析,结果表明:仅塔里木盆地东北部的三个站点观测的风要素与FNL的插值结果基本相一致,仅占总站数的13.6%。显然用FNL最终分析资料的插值结果来代替地面观测的风要素具有非常大的误差,不能用FNL最终分析资料来代替塔里木盆地地面的实际风场;否则将导致以FNL最终分析资料驱动的,所有同风场有关的数值模式在该地区失效。     

利用风向风速观测数据的跑道方向确定方法

为提高机场跑道方向确定方法的准确性,针对传统风保障率计算方法中基于风向风速统计分段数据绘制风玫瑰图所存在的误差,提出直接利用风向风速观测数据对跑道所承受的侧风值进行计算,通过与机场跑道所允许的最大侧风值比较,统计满足要求的风向风速观测数据,最终确定最优跑道方向和风保障率的改进方法。通过MATLAB编程建立改进后风保障率数值计算模型,可直接利用风向风速观测数据,确定最优跑道方向;然后利用改进后数值模型计算特定跑道方向下风保障率值,并与传统跑道方向确定方法及其他数值模拟方法计算结果进行对比,进一步验证了改进后的跑道方向确定方法的准确性和可靠性。     

不同沙尘天气微气象和沙尘演变规律的对比研究

利用内蒙古浑善达克沙地沙尘暴实验探测资料,给出2004年春季多次沙尘天气过程近地面微气象学要素、湍流通量及沙尘浓度的极值对比,重点分析了3月27-28日强沙尘暴过境时近地面微气象学要素和辐射分量的变化特征。结果表明： 沙尘天气过程中,白天近地层温差均有不同程度的降低,夜间逆温强度减弱;净辐射与感热通量较晴空值均有不同程度的削弱。沙尘天气过境时,动量通量显著增加,动力湍流与热力湍流配合,有利于加强沙尘源区的局地起沙和沙尘的垂直输送过程。3月27-28日强沙尘暴过境时,伴随地面水平风向的转变,沙尘浓度迅速增加,风速及其垂直梯度增大;在沙尘暴增强阶段,近地层降温达7℃,比湿出现极大值,净辐射和感热通量降为负值。当沙尘浓度达到最大值后,净辐射上升至零,反映了夜间沙尘气溶胶对低层大气和地表的保温作用。     

对流层风廓线雷达资料质量分析

为了检验对流层风廓线雷达观测数据的准确性,利用2014年6-7月咸宁的对流层风廓线雷达和GPS移动探空资料,以GPS探空观测值为参考,对对流层风廓线雷达的观测质量进行对比分析,定义两者风向偏差在15°以内或风速偏差在3m/s以下的样本为有效样本,通过比较有效样本占总样本数的比值来判断风向和风速数据的质量。结果表明:降水量对风场影响不明显,风速和风向有效样本数的变化不同,比较时段内,风向数据的质量优于风速,降水提高了风向数据的质量;1~10km高度,风向数据的质量较好,而降水将提高该数据的质量;8km高度以下,风速数据的质量较好,降水对该数据的质量起反效果。总体来说,除近地层(1km以下)外,风速值越大,风向数据的质量越好,降水对高层风向数据的质量有正贡献。     

风向角对高速列车驶出隧道过程中气动效应的影响

为研究风向角对驶出隧道过程中高速列车气动效应的影响,以某型高速动车组列车为研究对象,采用数值模拟方法对隧道内气动压力、列车风风速、流场分布及列车气动荷载进行分析。通过与动模型试验结果进出对比,验证数值模拟方法的准确性。研究结果表明：隧道壁面气动压力峰值及变化幅值最大值出现在隧道内部,且出现位置到隧道出口距离与风向角有关;背风侧气动压力受风向角影响更大,气动压力变化幅值随风向角增大呈现先减小后增大再减小的趋势;出口处列车风风速随风向角增大基本呈现先增大后减小的趋势,30°风向角时列车风风速最大,但迎、背风侧列车风风速峰值出现时刻不同;随着风向角增大,流场分布不对称性增强,列车绕流特性由流线型绕流逐渐过渡到钝体绕流,流动分离点到头车鼻尖的距离呈现先增大后减小最后再增大的变化规律,隧道内流动结构愈加复杂;气动横向力、升力变化幅值随风向角增加呈现先增后减趋势,头车横向力系数最大变化幅值分别是中车、尾车的2.4倍和2.6倍,升力系数最大变化幅值分别是中车、尾车的1.1倍和1.5倍,故保证头车安全是控制整车运行安全的关键;侧风下高速列车驶出隧道情形下的最不利风向角为30°,此时头车发生列车事故风险...     

乌兰布和沙漠东北缘绿洲防护林体系防风阻沙能力研究

沙漠地区不同下垫面特征直接影响沙尘的输送过程.在乌兰布和沙漠东北缘沙漠-绿洲过渡带和绿洲内部分别建设风沙监测塔,并获取2018年春季(3—5月)的风速和沙尘数据,对沙尘传输的差异性进行对比分析.结果显示:在沙漠-绿洲过渡带和绿洲内沙尘水平通量随高度变化均呈幂函数分布;沙尘水平通量在沙漠-绿洲过渡带随高度增加显著降低,而在绿洲内呈现平缓增加趋势;沙尘水平通量从沙漠-绿洲过渡带至绿洲内部减少约一半;绿洲内部起沙风频率比沙漠-绿洲过渡带降低了一半左右,绿洲防护林明显削弱了过境风速、减少了起沙风的持续时间,防风阻沙效果明显.     

甘肃敦煌戈壁地区气溶胶光学特性观测

利用2014年5月地面气溶胶集成观测系统在敦煌戈壁地区的观测资料,分析气溶胶的光学特性,并用后向轨迹模式分析气溶胶的主要来源.气溶胶的散射、吸收系数和单次散射反照率分别为52.71±43.02、2.11士1.02Mm~(-1)、0.949±0.022.气溶胶粒径谱主要分布在5μm以下,在0.6、1.5μm处分别有峰值出现.气溶胶中的沙尘气溶胶含量较大,散射系数和吸收系数在早晚有峰值出现.气溶胶受西北方向风影响较大,通过后向轨迹聚类分析知道北边大片戈壁方向来的气团占主导地位,其次是来自库木塔格沙漠方向的,还有少部分来自青海的柴达木盆地和新疆古尔班通古特沙漠.     

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     

复杂地形条件下的西部强风特性实测分析

针对复杂地形条件下风特性参数稀缺的问题,通过选择典型地形条件下的三处强风区进行风特性实测研究,得到峡谷山口区特殊的风场特性。平均风特性:(1)风向与峡谷走向一致;(2)风速、风向与季节变化有明显关系;(3)风攻角在±5°间;(4)风剖面指数随风速而增大。脉动风特性:(1)紊流强度均值都小于《规范》中相应的推荐值,表明紊流强度在强风条件下的值小于一般气象条件下的值;(2)紊流强度均值在三维方向的分布与《规范》建议值差别较大;(3)与《规范》推荐值相比,塔高70m处积分尺度实测值较大;(4)各测风塔沿高度方向的紊流功率谱相差不大,且随高度增加脉动频率增大。此外二维与三维测风仪观测结果(除风向角外)规律一致,但三维仪较二维仪所测极值风速明显偏大。     

基于FSAM模型的城市碳通量观测贡献区研究

全球变化背景下,城市二氧化碳排放是全球大气二氧化碳的重要来源．以上海市奉贤区为研究对象,基于涡度相关观测系统所获得的通量观测数据,应用FSAM（theFlux—SourceAreaModel）模型,分析了不同大气条件、不同风向下通量贡献区的分布及时间动态．结果表明：大气稳定度会影响通量贡献区的范围,表现为不稳定大气条件下通量贡献区长度为66～491m,稳定条件下通量贡献区长度为94—1047m．风向对通量贡献区的影响表现为在主风风向90°-180°,稳定大气条件下（通量贡献P为0．9时）通量贡献区的范围为94～1047m,垂直于迎风方向的宽度为335in;其他风向的通量贡献区分布与主风风向各不相同,分别为103～1146,122—1337,110～1256m．通量贡献区具有明显的昼夜变化特征,表现为夜间通量区范围大于白天．     

江苏环港风电场风能资源特征分析

利用江苏环港风电场一座测风塔2010年12月至2011年11月的逐10 min实时观测数据, 对该地区风能资源特征进行综合分析, 得到该站点10, 50, 70和80 m高度的年平均风速为4.0~6.1 m/s, 年平均风功率密度为80.4~238.4 W/m2, 年有效风功率密度为116.5~262.5 W/m2, 年有效风速小时数为5777~7845 h, 年有效风能密度为679.3~2041.5 (kW?h)/m2。全年主导风向为NNE, N和NE, 三者之和接近全年风向的三成, 主导风向的风能密度接近全年的五成, 风速主要集中在3~8 m/s, 约占全年的80%。 总体来看, 该地区风能资源丰 富, 特别是已建设风机的轮毂高度年有效风功率密度达到250 W/m2以上, 有效风速小时数接近全年的90%, 具有很高的开发利用价值。     

西昌2014年大气边界层风场特征分析

利用西昌探空站2014年高空风资料,对大气边界层内距地300、600及900 m的风向频率、平均风速按月、季度进行统计计算,以此分析西昌地区大气边界层风场特征。结果表明:西昌地区大气边界层内风随季节变化较大。对于风向:夏季,各高度上通常以SSW和N为主导并有多个次多风向;冬、春、秋季,300 m高度上主要是偏南风,600、900 m高度上风向主要集中在SSW方向上;风速最大出现在春季,最小在夏季。     

青藏高原起沙量数值模拟分析

青藏高原可能是东亚上空沙尘气溶胶的重要源地。利用WRF/chem模式模拟了1961-2015年逐日青藏高原的起沙量,其结果表明:1)起沙源区主要分布在高原西部、藏北高原南部、雅鲁藏布江及其支流河谷和柴达木盆地;2)月起沙量具有双峰型结构,峰值分别出现在4-5月及11-12月;春季及秋冬季排放的沙尘气溶胶大致有以藏北高原为中心向东南方向分布的规律;3)高原年平均起沙量为10.13±1.89Tg,从1961-2015年呈现震荡向上的趋势;4)青藏高原对东亚(不包含青藏高原)月起沙量的平均贡献率为16%,其中冬季均能达到25%以上,1月最大可以达到48%。这一研究表明青藏高原是重要的沙尘源地。     

青藏高原典型区域沙尘天气与气候要素关系分析

利用青藏高原沙尘活动典型区内10个站点的气象观测资料,分析了高原东北部、北部、西部、西南部近40多年来沙尘活动日数的演变规律及其与平均气温、相对湿度、平均风速、降水量等主要气候要素的相关关系.结果表明:近40年来,研究区内沙尘活动主要集中于冬、春两季,年沙尘活动日数、年均风速处于下降趋势,年均气温、年降水量呈现上升趋势,年均相对湿度变化平缓.沙尘活动日数与各气象因子在不同的时间尺度有不同的相关关系.除共和、都兰、格尔木、拉孜、山南月沙尘活动日数对月均气温滞后的正相关性显著提高外,其他站点、气候要素对于沙尘活动的影响均没有滞后效应.沙尘天气的高发期对应着暖干气候,低发期对应着冷湿气候.     

地面风传感器加热装置设计及试验研究

在冬季雨雪、冻雨、雨凇和雾凇等天气现象发生时,自动气象站风传感器转动部件容易发生冻结,造成风向风速观测数据缺测。为解决风传感器冻结的问题,设计一种基于分级加热技术的风传感器加热装置,采用多级加热元件组合控制的方式,实现自适应启动不同级别的加热模式。通过试验对风传感器加热装置性能进行测试,以及对风向风速观测数据进行处理分析,评估风传感器加热装置在气象观测业务中应用的可行性。结果表明,带有加热装置的风传感器起到了很好的防冻结作用,运行更加稳定;带有加热装置的风向风速数据完整性优于未带有加热装置的风传感器,两者风速具有较强的相关性,相关系数均在95%以上;两者风向一致性显著,均在80%以上,十分钟风向一致性优于两分钟风向一致性。可见,风传感器加热装置可有效减少风传感器冻结发生的次数,及时消除结冰层,降低观测人员设备维护工作量,提高风传感器运行的稳定性和数据的连续性,为风传感器加热装置应用于气象观测业务提供决策支撑。     

棋盘洲长江公路大桥桥位区短期考察风特征分析

鄂东棋盘洲长江大桥具有跨度大,结构轻柔的特点,其设计施工对大风极为敏感,为此专门在大桥处拟建一个自动观测站,根据1年完整(2011年2月～2012年1月)的风观测资料及同期气象站资料,对桥位处平均风速、最大风速、极大风速、风向进行了详细的分析,并与黄石站对应要素进行对比分析,结果表明：1)大部分时间,棋盘洲站的逐月平均风速、月最大风速、月极大风速都较黄石大;2)随着风速增大,桥位处与黄石站逐日最大风速的相关性逐渐下降直至不相关;3)桥位棋盘洲站与黄石站主导风向有一定差异,棋盘洲站主导风向为SSE和NW,较为集中,黄石站主导风向为E和NW风,较为分散.     

SACOL黑碳和沙尘气溶胶辐射强迫分析

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)的太阳光度计资料、AREONET气溶胶光学特性资料,采用辐射传输模式SBDART分析了SACOL典型日个例沙尘气溶胶和黑碳气溶胶的长、短波辐射强迫,探讨了不同地表反照率和天顶角对气溶胶辐射强迫的影响.分析表明,沙尘和黑碳在地表的短波辐射强迫分别是-146.54,-60 W/m~2,长波辐射强迫分别是17.79,8.66 W/m~2,短波辐射强迫是长波的6倍多,沙尘辐射强迫是黑碳的2倍多;在大气层顶沙尘和黑碳短波辐射强迫是39.04,27.2 W/m~2,长波辐射强迫为12.19,5.0 W/m~2.短波辐射强迫随地表反照率的增加而增大,长波辐射强迫随地表反照率的增加线性减小.随天顶角减小,大气层顶的短波辐射强迫线性增加,地面短波辐射强迫对数减小,长波辐射强迫随天顶角的变化很小.     

复杂山区水库蓄水影响下的库区桥址风特性数值模拟研究

以某复杂深切峡谷大跨度悬索桥为工程背景,构建桥址区水库蓄水后的地形数值模型,对桥址区进行区域地形风场数值模拟研究.通过36个不同来流工况的对比分析,探讨水库蓄水后的主梁平均风速、风攻角、风剖面以及风速放大系数在不同来流风向下的变化规律.研究表明,山区库区桥址风场特性分布比较复杂:主梁横桥向平均风速随来流风向变化较大,主梁出现较大负攻角效应;典型工况下横桥向风速沿主梁由北岸向南岸递减;多数工况下,桥址区风剖面分布复杂,远不同于常规指数律;桥位出现较明显的峡谷风效应,风速放大系数最高达1.06.研究结果为水库库区大跨度桥梁的抗风设计提供一定的依据.     

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。