非单一水平均匀下垫面空气动力学参数的确定   总被引：17，自引：2，他引：17       下载免费PDF全文

张宏Shen  陈家宜 《应用气象学报》1997,8(3):310-315

文章介绍了一种利用单一高度风速、温度湍流资料确定空气动力学参数的方法。该方法无须进行风速廓线的测量，可以应用于非单一水平均匀下垫面和非中性层结，避免了主观性。用该方法计算了北京城市北部边缘325 m气象塔附近的零值位移d和地表粗糙 z0。结果表明:该处下垫面零值位移d和地表粗糙度z0与风向有很强的依赖关系，与气象塔周围的城市建设相对应。  相似文献   

新疆风区下垫面动力学粗糙度估测值与模式定义值的对比          下载免费PDF全文

辛渝  周颖真  宋丽莉  姜海梅 《大气科学学报》2015,38(6):811-818

按风向风速标准差法估算了新疆风能资源详查区17座测风塔一定范围内的动力学粗糙度,并与期间利用的3 km和1 km分辨率的数值模式中的动力学粗糙度理论定义值进行了对比。结果表明:除了采用的landuse基数据在一些区域的错误判识而导致本研究的估测值与中、小尺度模式中的动力学粗糙度理论定义值有较大差别外,大多数比较接近,今后有必要对这些区域的landuse的分类进行客观订正;夏季强风区的动力学粗糙度估测值普遍小于中尺度模式的理论定义值;对于主、次风向上动力学粗糙度值极不均匀区域,风向与风速标准差估算法需结合使用;本研究估算的动力学粗糙度是在中性层结条件下进行的,对于中性层结条件较少发生的区域,该动力学粗糙度估算值的普适性将受到限制。  相似文献   

北京城市通量足迹及源区分布特征分析   总被引：2，自引：1，他引：1  

刘郁珏  胡非  程雪玲  宋宗朋 《大气科学》2014,38(6):1044-1054

城市下垫面具有不同于其他下垫面的特殊复杂性,通量的源汇分布十分不均,导致直接测量以及定量的描述城市中水汽、二氧化碳等通量变得非常困难。涡动观测系统在城市通量观测中得到广泛应用,但由于涡动协方差观测系统传感器都架设在一定的高度上,其测量结果只反映特定点下垫面或某部分下垫面的物理过程,不能说明观测结果是否具有下垫面属性的代表性,无法反映观测通量的空间变异性。足迹函数(Footprint)的产生就是为了解决这一问题,其又称源权重函数,是描述近地面层表面源或汇的空间分布和仪器观测通量值之间关系的函数。本文采用北京325 m气象塔近1年7层涡动协方差观测数据、超声数据,分析了不同风向、不同稳定度、不同高度下足迹函数所表达的通量贡献区域范围的变化规律。结果表明,在大气稳定条件下时,通量贡献区范围的大小与主风向无显著差异,而不稳定条件下计算结果与主风向无关。在不同高度下所有稳定条件下通量贡献区范围要大于不稳定条件,中性条件则介于两者之间。8 m、16 m高度上的观测结果不能完全代表城市下垫面通量贡献区,47 m以上能够代表城市下垫面通量贡献区,280 m则已经包含了郊区和城区的权重平均。同一大气稳定度条件下,高度越高通量贡献区范围越大,90%通量贡献区范围与观测高度成线性关系,这种线性关系可以预测没有观测高度或者更高处的通量贡献区范围。  相似文献   

典型特大城市下垫面空气动力学特征参数的计算与分析研究   总被引：1，自引：0，他引：1  

唐玉琪  谈建国  GRIMMOND C S B  常远勇  敖翔宇 《热带气象学报》2016,(4):503-514

基于2012年12月—2013年11月上海徐家汇气象铁塔风和湍流观测资料及铁塔周边500m半径范围(平均建筑高度为39.5 m)下垫面信息,分别利用温度方差方法、风速标准差方法、涡度相关法和形态学方法计算典型特大城市下垫面零平面位移和动力学粗糙度。结果表明,温度脉动方差法计算的零平面位移与建筑物高度分布存在差异,但在58~208°方向与建筑顶面积系数呈现正相关(相关系数0.73),计算公式的经验参数、稳定度阈值和风速对计算结果影响较为显著;涡度相关方法和风速标准差方法计算的动力学粗糙度随风向分布趋势相似(相关系数0.94),并与零平面位移呈负相关关系。形态学方法与动力学方法之间数值和随风向的变化趋势均存在差异,风温观测仪器源区和形态学方法分析区域具有显著影响。  相似文献   

青藏高原典型下垫面通量印痕特征分析     

王紫昕  仲雷  马耀明  傅云飞 《高原气象》2023,(5):1160-1171

下垫面的非均匀性影响地气通量观测的准确性和代表性,青藏高原复杂下垫面通量印痕分布的研究对地气相互作用的观测、模拟及其天气气候影响均具有重要意义。印痕分析是研究通量观测信息空间代表性的重要方法,通量印痕模型FFP(Flux Footprint Prediction)为计算通量印痕提供了一种行之有效的方法。基于西藏珠穆朗玛大气过程与环境变化国家野外科学观测研究站、阿里荒漠环境综合观测研究站、西藏纳木错高寒湖泊与环境国家野外科学观测研究站、慕士塔格西风带环境综合观测研究站和藏东南高山环境综合观测研究站5个台站2013年观测数据,利用FFP模型对通量印痕进行了模型参数敏感性分析,探讨了不同站点通量印痕分布的时空特点、具体影响因素,进而对观测台站架设提供指导。研究结果表明,通量印痕的主要影响因素为观测高度、风速、风向,下垫面类型为常绿针叶林的林芝站对观测高度、行星边界层高度较其他台站敏感。在青藏高原,使用三维超声风速仪观测数据得到的通量印痕的空间尺度为250～500 m。5个台站中珠峰站白天稳定层结时次最少,占白天数据点的15.69%,阿里站夜间不稳定层结时次最少,占夜间数据点的13.32%。在...  相似文献   

利用255m铁塔研究城市化对地面粗糙度的影响   总被引：1，自引：0，他引：1  

韩素芹  刘彬贤  解以扬  边海 《气象》2008,34(1):54-58

利用天津255m气象塔近10年观测资料,采用风速梯度资料拟合对数风速廓线的方法,定量计算天津255m气象塔空气动力学粗糙度随下垫面的改变情况.结果表明各方位的粗糙度存在明显差异,偏北方向的粗糙度大于偏南方向,但各方位粗糙度在总体是逐年递增趋势,个别年代减小与城市改造有关,粗糙度与城市建筑群高度之间存在线性关系.同时利用冬季风廓线资料研究城市化对边界层风场结构的影响:结果表明受下垫面影响近地面风向逐年趋于紊乱,平均风速呈逐年递减趋势,十年间城市冠层厚度增加10m,2005年城市冠层厚度在40～60m之间.  相似文献   

基于测风塔实测台风威马逊登陆过程的强风特性分析     

黄浩辉  陈雯超  植石群  王丙兰 《气象》2021,(2):143-156

利用广东省徐闻县西连镇90 m测风塔在1409号超强台风威马逊登陆期间获取的具备完整的台风代表性的观测数据以及处于台风外围的广东省茂名市博贺镇100 m测风塔的观测数据,对台风威马逊的近地层强风特性进行了分析,西连测风塔结果表明:风速时程曲线呈明显的"M"型分布特征,台风中心经过测风塔前后,风向沿逆时针方向大幅偏转约170°。风速随高度增加而增大,风速廓线较好地符合对数和幂指数律;台风过境前后,各强风区的风速廓线幂指数和粗糙长度呈先减小后增大的特点;粗糙陆地下垫面的风速廓线幂指数和粗糙长度较大。湍流强度和阵风系数在前外围强风区或后外围强风区较大,在前眼壁强风区或后眼壁强风区较小,湍流强度和阵风系数随高度增加而减小,基本符合指数为负值的幂指数律;粗糙下垫面对湍流强度和阵风系数有增大的作用。外围强风区和眼壁强风区的10 min风向变率变化较为平稳,而在眼区变动较为剧烈,在眼区,当风速达到最低值或次低值时,10 min风向变率幅值达到最大值。博贺测风塔结果表明其总体上与西连测风塔台风前外围和前眼壁强风区的情形相似。  相似文献   

河西走廊下垫面粗糙度实测值与模拟值的差异性分析   总被引：5，自引：4，他引：1       下载免费PDF全文

胡文超  张文煜  张宇  郭振海  刘欣 《高原气象》2010,29(1):51-55

利用甘肃省河西地区17个风塔观测资料和风向风速标准差法,计算了风塔处的下垫面粗糙度,并与中尺度数值模式ARPS中使用的粗糙度参数进行了比较分析。结果表明,数值模式中使用的粗糙度值和实况具有一定差异,其使用的粗糙度定义方案并不能准确地反映出下垫面粗糙度和非均一性特征。差异最大出现在草原下垫面上,可达375%,且差异程度随下垫面植被复杂程度增加。  相似文献   

黄土高原半干旱区非均一下垫面粗糙度分析   总被引：10，自引：6，他引：4       下载免费PDF全文

张文煜  张宇  陆晓静  郭振海  王晓妍 《高原气象》2009,28(4):763-768

利用2007年4月17日-2008年4月16日兰州大学半干旱气候与环境观测站边界层气象塔的风速、 风向、 温度、 气压、 湿度等观测资料, 采用经典的廓线法和风速、 风向标准差法, 分别计算了中性大气层结下观测站下垫面粗糙度长度, 并得到了具有黄土高原地理特征的地表粗糙度及其时空变化特征。计算结果表明, 季节变化对粗糙度的影响幅度可达0.159 m, 空间非均一性对粗糙度的影响幅度可达0.155 m。测站附近粗糙度春季为0.017 m, 夏季为0.062 m, 秋季为0.065 m, 冬季为0.018 m。测站西北方向上游粗糙度春季为0.17 m, 夏季为0.22 m, 秋季为0.34 m, 冬季为0.05 m。测站东南方向上游粗糙度春季为0.11 m, 夏季为0.17 m, 秋季为0.19 m, 冬季为0.05 m。该站下垫面粗糙度计算宜选用风速为6±1.5 m·s-1, 风向变化30°范围内的数据。  相似文献   

非均一地形近地层风速廓线特点及粗糙度的研究   总被引：1，自引：1，他引：0  

郭凤霞  朱文越  饶瑞中 《气象》2010,36(6):90-94

在中性大气层结条件下,利用35 m铁塔上五层不同高度处的有效风速,分析得到了非均一地形近地面层风速廓线特点及由粗糙元所决定的粗糙度。结果表明:(1)近地面层风速廓线一般符合对数风速廓线模式,其相关系数均大于0.985,标准偏差为0.04左右;(2)粗糙度的值为1.25 m。但由于外界流体运动状态改变可引起粗糙度出现起伏,其变化范围较大,一般在0.038～4.903 m,与风速之间的相关系数为-0.953。  相似文献   

On the growth rate of wind‐generated waves     

M. Donelan  M. Skafel  H. Graber  P. Liu  D. Schwab  S. Venkatesh 《大气与海洋》2013,51(3):457-478

Abstract

A new approach to fetch‐limited wave studies is taken in this paper. Using data from five towers arranged along a line from the eastern shore of Lake St Clair, the differential growth between towers is explored as a function of local wave age. It is argued that this method avoids the usual fetch‐limited pitfall of inhomogeneity over long fetches and, in particular, the changes in wind speed downfetch of an abrupt roughness change. It is found that the growth rate decreases uniformly downfetch as the waves approach full development. This differential method leads to a smooth transition from rapidly growing short fetch waves to the asymptotic invariant state of full development. When the variation in wind speed after an abrupt (land to water) roughness change is taken into account, the idea of a universal fetch‐limited growth curve is called into question.  相似文献   

Fetch Limited Drag Coefficients   总被引：5，自引：1，他引：5  

Dean Vickers  L. Mahrt 《Boundary-Layer Meteorology》1997,85(1):53-79

Measurements made at a tower located 2 km off the coast of Denmark inshallow water during the Risø Air Sea Experiment (RASEX) are analyzedto investigate the behaviour of the drag coefficient in the coastal zone.For a given wind speed, the drag coefficient is larger during conditions ofshort fetch (2-5 km) off-shore flow with younger growing waves than it isfor longer fetch (15-25 km) on-shore flow. For the strongest on-shorewinds, wave breaking enhances the drag coefficient. Variation of the neutral drag coefficient in RASEX is dominated byvariation of wave age, frequency bandwidth of the wave spectra and windspeed. The frequency bandwidth is proportional to the broadness of the waveheight spectra and is largest during conditions of light wind speeds. Usingthe RASEX data, simple models of the drag coefficient and roughness length are developed in terms of wind speed, wave age and bandwidth. An off-shoreflow model of the drag coefficient in terms of nondimensional fetch isdeveloped for situations when the wave state is not known.  相似文献   

Drag coefficient modeling for the near coastal zone     

Gerald Geernaert 《Dynamics of Atmospheres and Oceans》1988,11(3-4)

Using the JONSWAP spectrum for describing the surface wave state in the near coastal zone, models for the roughness length and the drag coefficient are used to simulate the dependence of the wind stress on fetch and depth. The results of each model are then compared with a compiled set of past investigations of the neutral drag coefficient over a variety of conditions. It is found that the models of Donelan, Hsu, and Kitaigorodskii correctly predict the trends in the drag coefficient with fetch and depth. Although it did not account for all the observed variations in the neutral drag coefficient. Kitaigorodskii's model, when incorporating the JONSWAP spectrum, more accurately simulated the slopes of the various C_DN regressions against windspeed.  相似文献   

纳木错(湖)地区湍流数据质量控制和湍流通量变化特征   总被引：1，自引：0，他引：1  

李茂善  杨耀先  马耀明  孙方林  陈学龙  王宾宾  朱志鹍 《高原气象》2012,31(4):875-884

利用中国科学院纳木错多圈层综合观测研究站2009年全年的大气湍流观测资料,应用Foot-print模型分析了青藏高原非均匀下垫面湍流观测数据的数据质量、质量评价及不同下垫面对湍流通量的贡献。结果表明:纳木错(湖)地区因不同土地利用类型的差别,导致地表通量分布不均匀,草地对地表通量的贡献最大;对不同大气层结状态,观测站周围200m范围内的地表通量贡献各不相同,上风向通量贡献源区较大,湍流发展较充分。在不稳定状态和中性状态下,纳木错地区地表通量数据质量较高,即白天观测的通量数据质量较高;在稳定状态下数据质量较低,即夜间的通量数据质量较差;纳木错地区的湍流通量受湖陆风和大气稳定性影响较大。  相似文献   

近水面层温、湿、风廓线和湍流交换规律     

严开伟  吕乃平  景荣林 《气象学报》1982,40(1):59-72

本文分析了官厅水库近水面层的温、湿、风廓线规律,指出水面的波浪状况对廓线规律有影响。给出了中性层结时水面粗糙度、动力摩擦速度及阻力系数与风速和浪高的关系。得出了适用于水面的层结订正函数。还分析了不稳定层结条件下的温度廓线规律,并对温、湿、风廓线的相似性问题进行了讨论。  相似文献   

The Influences of Thermodynamic Characteristics on Aerodynamic Roughness Length over Land Surface          下载免费PDF全文

ZHANG Qiang  YAO Tong  YUE Ping  ZHANGF Liyang  ZENG Jian 《Acta Meteorologica Sinica》2013,27(2):249-262

It has previously been shown that aerodynamic roughness length changes significantly along with nearsurface atmospheric thermodynamic state; however, at present, this phenomenon remains poorly understood, and very little research concerning this topic has been conducted. In this paper, by using the data of different underlying surfaces provided by the Experimental Co-observation and Integral Research in Semi-arid and Arid Regions over North China, aerodynamic roughness length (z₀) values in stable, neutral, and unstable atmospheric stratifications are compared with one another, and the relationship between z₀ and atmospheric thermodynamic stability (ζ) is analyzed. It is found that z₀ shows great differences among the stable, neutral, and unstable atmospheric thermodynamic states, with the difference in z₀ values between the fully thermodynamic stable condition and the neutral condition reaching 60% of the mean z₀. Furthermore, for the wind speed range in which the wind data are less sensitive to z₀, the surface z₀ changes more significantly with ζ, and is highly correlated with both the Monin-Obukhov stability (ζ₀) and the overall Richardson number (R_ib), with both of their correlation coefficients greater than 0.71 and 0.47 in the stable and unstable atmospheric stratification, respectively. The empirical relation fitted with the experimental observations is quite consistent with the Zilitinkevich theoretical relation in the stable atmosphere, but the two are quite distinct and even show opposite variation tendencies in the unstable atmosphere. In application, however, verification of the empirical fitted relations by using the experimental data finds that the fitted relation is slightly more applicable than the Zilitinkevich theoretical relation in stable atmospheric stratification, but it is much more suitable than the Zilitinkevich relation in unstable atmospheric stratification.  相似文献