中尺度天气预报模式边界层参数化方案以及近地层方案对苏州东山冬季近地层气象要素模拟的影响

运用WRF3. 9模式并选取四种常用的边界层参数化方案(YSU、ACM2、MYJ和BL)和两种近地层方案(Eta和MM5)模拟了2015年1月16～25日苏州东山的近地层气象要素,并与东山气象站观测实验数据进行对比,评估了四种边界层参数化方案对近地层气象要素的模拟能力。同时设置了边界层参数化方案与近地层方案耦合的敏感性试验,分析两类方案的耦合对近地层气象要素模拟的影响。结果表明:①白天四种边界层方案对2 m温度的模拟差异较小,两种近地层方案的模拟结果有差异,对流混合较弱时Eta方案模拟较好,对流混合较强时MM5方案较好;夜间四种边界层方案和近地层方案均有影响,但是整个观测期间四种方案的模拟结果统计量差异较小;②无论白天还是夜间,四种边界层参数化方案模拟的2 m相对湿度均高于观测值,BL方案的模拟效果最佳,MYJ方案的模拟偏差最大;③无论白天还是夜间,四种边界层参数化方案对10 m风速的模拟均存在一定程度的高估,MYJ方案的模拟效果最好,四种方案对风向的模拟均优于对风速的模拟,白天的模拟效果整体优于夜间;④选择不同的近地层方案对风速和风向的模拟结果没有明显影响,对2 m气温模拟结果的影响小于对2 m相对湿度模拟结果的影响,BL边界层方案与MM5近地层方案耦合对近地层气象要素2 m气温和2 m相对湿度的模拟效果最好。     

有云条件下WRF模式中5种边界层参数化方案的比较研究

利用中尺度气象模式WRF中五种边界层参数化方案,对中国安徽寿县地区进行高分辨率的数值模拟,评估有云条件下边界层参数化方案对不同气象要素以及边界层结构的模拟能力。结果表明:两种非局地方案(ACM2、YSU)在云层存在的时间、云底高度、云底厚度方面模拟效果较好,局地方案模拟结果较差;对于向下短波辐射模拟,ACM2方案更接近观测值;对2 m温度和比湿模拟ACM2方案最好,而局地方案在风速和风向上存在优势;垂直结构方面,白天弱不稳定条件下,非局地方案考虑大涡输送更能表征位温廓线和湿度廓线,而风速和风向廓线的模拟,除了MYJ方案外,其它方案均能成功模拟,在夜间弱稳定条件下,5种方案都能模拟出弱不稳定层结、逆湿结构、急流等。     

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。     

WRF不同边界层参数化方案对重庆一次暴雨过程的模拟

利用中尺度天气预报数值模式(WRF)中的3种边界层参数化方案(YSU、MYJ和ACM2)模拟了重庆2012年8月30日-9月1日的一次暴雨过程,结合同期的观测资料分析了3种不同边界层参数化方案模拟降水强度和降水落区的差异,对各方案模拟重庆区域内的降水能力进行了检验评估.通过垂直速度、水汽通量散度和相对涡度等基本物理量的诊断,对比分析了不同方案模拟降水的差异.结果表明, 3种边界层方案均能模拟出此次雨带的移动方向,但YSU方案能较好地模拟出降水落区、降水强度和降水趋势, MYJ方案模拟效果次之, ACM2方案模拟效果较差. YSU方案模拟降水的动力条件和水汽条件配置符合实际降水情况,是模拟效果较好的主要原因.     

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。     

ECMWF细网格10m风场产品在南海海域的预报检验

对2012年1月至2013年12月ECMWF(简称EC)细网格10m风场产品在南海海域的预报进行检验,结果表明:1EC对原油码头、七洲列岛、永兴岛、永暑礁4个海岛站的风速预报总体上比实况略偏大,其中对七洲列岛和永暑礁的风速预报不仅系统性偏差最小,接近0m/s,且预报与实况的相关性最好;在不同风速下EC预报的风向偏差多数集中分布在±45°之间,风速越小,风向预报偏差样本的离散度越大;EC对东南风向、偏东风向和西南风向预报的均方根误差和平均偏差均较小,而对偏北风向和西北风向的预报效果较差.2对比EC 10m风速预报场和分析场在不同季节的偏差发现:春、秋、冬季风速预报平均偏差大值中心分布有一定相似性,均位于南海北部靠近华南沿海一带和南海东南部靠近菲律宾群岛以西海面,但均方根误差和方差的分布有所差异;EC对夏季南海海域的风速预报除了24h预报较稳定外,预报时效越长,均方根误差和方差迅速增大,模式预报不稳定.     

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。     

纵向风条件下竖井横截面积对排烟效果的影响

用火灾模拟软件FDS考察了纵向风条件下竖井横截面积对排烟效果的影响。结果表明:烟气层吸穿和烟气边界层分离都影响竖井内烟气的运动,从而影响排烟效果。从分析结果看,随着纵向风速的增大,烟气层发生吸穿时的竖井尺寸增大。纵向风速较大(v≥1. 5 m/s),竖井尺寸较小(1 m×1 m),烟气边界层分离不突出;纵向风速小(v≤0. 5 m/s),竖井尺寸大(2. 5 m×2. 5 m,3 m×3 m),烟气边界层分离也不突出。     

QuikSCAT风矢量资料在黄海洋面的真实性检验及应用

为弥补黄海海域缺乏洋面风实测资料,提高该海域海洋大风预报能力,本文对NASA QuickSCAT极轨卫星的10m散射风原始轨道资料和江苏近海黄海区域海洋站风资料进行了对比,并对QuickSCAT风应用于沿海大风预报的能力做了研究。结果表明,QuickSCAT散射风原始轨道资料在江苏近海区域具有可信性：江苏近海海洋站与QuikSCAT风速误差为-0.01m/s,散射计风速略低于海洋站的风速;两者风向偏差为2.31?。利用QuickSCAT矢量风和海洋站实况的订正关系对热带气旋大风圈范围和强度预测做了尝试性工作,表明QuickSCAT散射计矢量风资料对江苏近海区域强风有很好的预报能力。     

台风“苏迪罗”影响下赣北暴雨成因分析

利用常规观测资料,多普勒雷达资料,自动站5 min观测资料以及数值预报产品资料,从环流形势、动力条件、水汽输送、中尺度系统以及地形特征方面,分析2015年8月8-10日台风"苏迪罗"台风造成赣北极端大暴雨的原因,并对数值预报检验,结果表明:1)"苏迪罗"影响的强降水出现在台风环流中心及其移动方向的右前方,"苏迪罗"登陆后保持暖心结构,造成此次赣北大暴雨的主要影响系统为台风的气旋性环流;2)水汽输送集中在850 h Pa边界层以下,水汽辐和中心在925 h Pa附近;3)雷达回波主要以30~35 d BZ的层状云回波为主,持续时间长,回波顶高低。自由对流高度在1 200 m附近,有利于高效率的降水出现;4)5 min自动站观测资料没有发现风向辐和明显的中尺度辐和线,在赣北存在10~6 m/s的风速辐和,配合赣北山地地形是造成此次大暴雨原因之一;5)数值预报对于极端降水没有预报能力,需要客观订正。     

基于神经网络的风电场超短期风速数值预报的动态修订

 针对风电场风功率预测所需的离地70m、0~4h的超短期风速预报,本文利用中央气象台发布的MM5格点输出的数值预报风速及测风塔实时发回的气象资料,探讨了利用神经网络将前期误差观测值和测风塔湍流指标等因子对MM5数值预报风速进行动态修订的方法,建立动态修订超短期预报模型,为满足风电场超短期风功率预报的工程应用提供一定的参考。结果表明,修订后的预报风速平均绝对误差等指标大幅降低,有效地提高了预报精度。     

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。     

安徽省霾污染的季节变化特征及其主导气象因子研究

基于1980~2010年期间63个国家级气象站的地面观测资料,对安徽省霾污染的季节变化特征及其相对湿度和风速等主导气象因子进行了研究.结果表明:(1)1995年前,安徽省的霾频次呈现出冬季春季秋季夏季的季节变化特征;其后季节差异减小,霾天气趋于常年化.(2)近30年来,夏秋季霾频次逐年明显上升(1995年前后增加最明显),春冬季则表现出微弱的增长趋势.(3)霾发生时,四季的风向均表现出高东北风频次、多静风、低偏南风频次的分布特征;夏秋季霾发生时的风速明显减小,48.5%和54.5%的霾发生时的风速(14时)小于2m/s.(4)安徽省大部分区域的霾易生成于高相对湿度(70%)环境下,但高污染的合肥和蚌埠,约71.2%和68.9%的霾生成于低相对湿度(70%)下.(5)夏秋季,生成于不同相对湿度下的霾频次逐年显著增加(置信度95%),且发现小风日数(日均风速≤2m/s)显著增加也可能是夏秋霾增加趋势的原因之一.     

平鲁县风能资源状况分析

通过对平鲁区近30年风观测资料的综合分析,发现平鲁区多年年平均的风速日变化范围在2.5m/s～5m/s之间,风速的日变化主要随太阳辐射的变化而变化,风速的大小受太阳辐射、下垫面和地形影响较大。指出平鲁区每年4月份的风速最大,3月份风速次大,全年风速最大的季节在春季,冬季次之,夏季风速最小;全年的风能主要是由西北偏西风和西风提供,这两个风向的风能占到总风能的72%;多年的年平均风速没有明显的增大或减少趋势。     

基于WRF模式的不同参数化方案组合对秦巴山区2m温度、降水模拟研究

利用2015年1月和7月气象台站观测资料,对比分析WRF模式不同微物理方案、积云参数化方案、短波辐射方案以及边界层参数化方案组合对秦巴山区2m温度和降水的模拟效果,旨在给出适用于秦巴山区高分辨率模拟的参数化组合方案,为秦巴山区高时空分辨率数值模拟研究提供基础。结果表明:不同参数化方案组合对秦巴山区2m温度和降水模拟存在明显差异,Goddard、K-F、WSM6、YSU组合能够较好的模拟秦巴山区冬季2m温度;Dudhia、BMJ、WSM6、YSU组合能够较好的模拟秦巴山区夏季2m温度;Dudhia、K-F、Ferrier、YSU组合能够较好地模拟秦巴山区冬季降水,Dudhia、K-F、Lin、YSU组合能够较好地模拟秦巴山区夏季降水。模式地形与实际观测站地形的高度差越大,2m温度的模拟结果越差。     

青藏高原东北部地面风时空分布特征研究

青藏高原东北部地区对全球变化异常敏感,系统研究该区地面风时空分布特征对理解青藏高原乃至北半球的大气环流演变具有重要意义.本文通过分析青藏高原东北部20个气象台站1982~2011年的年、季平均风速和年、季平均最大风速,2004~2011年大风日数、极大风以及最大风的风向、风频发现:(1)青藏高原东北部年平均风速和年平均最大风速总体呈下降趋势,春季的平均风速和平均最大风速在四季中最大.(2)2004~2011各台站累计大风(17m/s)日数总体呈上升趋势,2010年达到一个极大值;托勒、野牛沟、冷湖3台站大风较多,冷湖、茫崖、刚察、兴海次之,海拔较低的西宁最少;台站春季多大风.(3)各个台站极大风速的风向和最大风速的风向较为一致;青藏高原东北部总体上风向可分为四种类型:WNW,W,WNW、NW,总体以偏西风为主.     

基于数学期望的风向和风速对农田防护林网防风效能的影响

为研究农田防护林网在全年的时间尺度上对不同方向有害风的综合防护效能,在野外实地观测不同风向(与主林带夹角分别为90.0°,67.5°,45.0°,22.5°和0°)和风速(5.2和7.3m/s)条件下的林网内防风效能,根据各风向有害风发生频率计算数学期望值,利用克里金(Kriging)插值法进行模拟,并用地统计学的方法分析防护林网的空间自相关性.结果表明:防护林对不同风向的风均有较强的防护作用,随着风向与主林带夹角的减小,平均风速呈现出增大的趋势,防风效能分别达到69.5%,66.2%,60.4%,59.8%和50.1%;不同风速条件下防风效能均达到50%以上,低风速和高风速时平均有效防护面积分别为90.1%和44.0%;不同风速条件下林网内空间变异系数分别与指数模型和高斯模型相拟合,林带内风速块金值较低,变程较大,具有强烈的空间自相关性和样本区间的合理性.     

长江口崇明东滩风况统计分析

本文基于长江口崇明东滩气象站实测资料,给出逐月平均和主导风速及风向.观测资料和统计结果表明,从1月至12月,各月平均风速分别为4.2、4.6、4.9、4.9、4.7、4.4、4.9、4.9、4.5、4.0、4.1和4.3 m/s,平均风向分别为N、NE、NE、SE、SE、SE、S、SE、NE、NE、N和N.统计给出了各月第一、第二风向频率风,最大平均风速所在方位风,强风风向优势和风速优势风的风向、频率和平均速度.总体来看,长江口具有春夏季盛行东南风、秋冬季盛行偏北风的亚热带季风特征.强风频率有明显的季节性变化,3、4月和7、8月明显高于其他月份,且3、4月明显低于7、8月份,分别达到了0.8%和1.52%,相对应的平均风速为11.5和12.4 m/s.     

单钢管避雷针高柔结构横风向风致响应研究

单钢管避雷针结构横截面为圆形且基频较低，在运营过程中容易发生风振现象，采用双向流固耦合方法对其进行3维数值风洞模拟，探讨7种风速下钢管避雷针结构受力性能及风振响应，并与现行的国家规范条文对比。分析结果表明：在典型风速下避雷针结构两侧所受横风向风压力最大为1.03 kPa,是顺风向风压力的1.72倍，且在不同节段钢管连接处风压力突变现象显著；当风速大于10 m/s时，避雷针结构所受横风向风压大于规范提供的风荷载标准值，两者相差42%,且结构顶端位移相差30.6%;当风速大于20 m/s时，避雷针结构横风向振动频率与避雷针结构高阶自振频率接近，避雷针结构易发生高阶弯曲振动，存在安全隐患。     

深凹露天矿采场内流场分布规律的试验与数值模拟

运用现场测试和数值模拟相结合的方法,对深凹露天矿采场内的流场分布规律进行研究.以首钢水厂铁矿为试验矿山,在5个现场试验点观测不同垂直高度的风向、风速.现场测试结果表明,当风速为1~2m/s时,西南和东北方向的来流风进入采场内均形成复环流结构;当风速达到47m/s及更大时,5个测点风向与来流风向相同,未观测到采场内形成复环流结构.同时基于Gambit技术建立矿体的几何模型,应用流体力学Fluent软件对该深凹露天矿在不同风速条件下的流场分布进行数值模拟.模拟结果表明,随着风速的增加,矿区内复环流中心的位置逐渐升高,范围宽度和中心厚度也逐渐增大.数值模拟结果与现场测试结果相似.