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阵风预报对于输电铁塔线路设计、风力发电、建筑和桥梁设计以及航空气象安全等至关重要。目前,基于不同观测资料和计算方法,学者们给出了不同的阵风或阵风因子参数化公式,没有公认的一致结果。利用中国气象局南海(博贺)海洋气象科学试验基地离岸4.5 km和6.5 km的两个海洋气象观测塔在2008—2018年七个台风期间观测的10 Hz高频湍流脉动数据,分析了观测高度、平均时间、下垫面特征和大气稳定度对阵风因子计算结果的影响,研究了近海海上台风过程中阵风因子与平均风速和湍流特征参数的关系。不同于以往研究给出阵风因子是常数,给出了阵风因子随10 m风速变化的计算公式,为阵风预报及相关防灾减灾提供参考依据。 相似文献
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1998年南海季风爆发期间近海面层大气湍流结构和通量输送的观测研究 总被引：28，自引：1，他引：27
1998年5月14日至6月22日,在西沙永兴岛近海铁塔上进行了一次海-气通量观测试验,观测期包括了西南季风爆发前、爆发、爆发后风速加强等几个阶段。这次试验获得该年西南季风爆发的天气特征以及由涡度相关法、廓线法计算的动量、感热、潜热通量及湍流强度等一些统计量分布。分析结果表明,观测期湍流强度σu、σv、σw与平均风速之比为0.096、0.066、0.045;在近中性条件下（z/L≈0）,各相似函数基本为常数,σu/u＊≈3,σv/u＊≈2,σw/u＊≈1.25;在稳定条件下u、v、w三方向σ/u＊近似相等;在稳定与不稳定条件下σt/t＊随稳定度参数z/L的变化趋势相似,但符号相反。摩擦速度u＊随风速的变化接近于关系式u＊=0.029U10+0.006（U10为10m高度30min平均风速）,空气动力粗糙度长度z0变化在0.01～0.35mm之间。观测期动量通量变化在0.05～0.30N/m2之间,季风爆发期明显增大;曳力系数CD平均为1.12×10-3,它随平均风速变化可以表示为关系式103CD=0.003U210+0.020U10+0.836或103CD=0.056U10+0.732。感热通量由海洋输向大气,平均值为7.8W/m2,数值在0～15W/m2之间变化,季风爆发后明显增大;潜热通量数值一般变化于50～200W/m2,白天中午数值较高,夜间较低。季风爆发后也明显增大。观测期间鲍恩比（BowenRatio）日平均为0.05左右。 相似文献
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利用2008—2016年舟山4个海岛气象站大风资料和欧洲中心的ERA-interim再分析资料,分析了阵风因子随平均风速、风向、小时、月份等分布的气候特征,统计阵风因子与边界层的大气稳定度、250～1000m风速与10m风速的比值、6h变温等要素的相关后,选取最佳预报因子,利用BP人工神经网络方法,根据不同因子组合对阵风进行循环试报。结果表明:①平均风速较小时阵风因子波动范围大;靠近大陆站点的阵风因子及来自陆地方向气流的阵风因子偏大。②白天11:00—16:00受太阳辐射影响大气湍流相对较强,阵风因子偏大。7—9月沿海受台风影响频繁,其阵风因子要大些,而11—12月阵风因子偏大则与来流方向的地表粗糙度较大有关。③阵风因子和边界层不同高度的风速与10m风速比值,及气温具有明显正相关,与边界层大气稳定度参数具有负相关,相关结果印证了阵风主要物理成因与动量的垂直湍流输送有关。④阵风循环试报表明最佳组模型试报的绝对误差及方差均比对比组模型减少约11%～25%,具有较好的预报效果。 相似文献
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一、概述 60年代以来,美国J.C.Kaimal和日本光田宁等先后设计并研制成功了超声风速、温度仪,而且很快有定型的商品出现。从此超声风速仪广泛地用于大气湍流的研究及各种类型的气象观测中。中国科学院大气物理所研制成功的超声风速、温度脉动仪可以测量三维风速u、v、w,风向和虚温Tv的瞬 相似文献
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强风天气下边界层结构特征 总被引：2，自引：0，他引：2
近地层观测的强风运动表明,叠加在平均流动之上的脉动通常有两种,一种是随机的湍流脉动,还有一种具有相干结构的阵风扰动。分析表明,上层强风的剪切运动产生阵风,并向下传递能量,对近地层的通量传输起到重要作用。本文利用北京325 m气象塔、位于海拔1257 m的妙峰山测风塔和位于海拔1688 m的灵山测风塔的资料,分析了强风天气下,边界层上层出现阵风并向下传递的过程,进一步证实无论在近地层还是边界层上层,强风期间,叠加在平均流动上除了高频湍流脉动之外,还有周期为1~10分钟的阵风,即相干结构。阵风峰期有下沉运动,阵风谷期有上升运动。这些相干结构在边界层上层产生,向下运动和传播过程中受到平均气流梯度的切变作用和地面摩擦,破碎为湍流结构。边界层上层的阵风和湍流产生的动量通量向下传递,使得强风期间,边界层中阵风和湍流对通量具有同样的输送能力,对边界层中沙尘、污染物等气溶胶的传输具有重要作用。本研究为模式中进行通量输送参数化方案的修正提供了观测和理论依据。 相似文献
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北京地区一次特大强风过程边界层结构的研究 总被引：21，自引：2，他引：21
利用北京325 m气象塔资料对1993年4月9日北京地区出现的一次特大强风过程的边界层结构（风、温、风切变及阵风特征）进行了分析。随着该次大风的过境，边界层内风场出现数个风速高值中心，高度位于200～300 m，时间间隔1～3 h。伴随上层风速垂直切变和阵风特性。湍流能谱的计算结果表明了大尺度涡旋对边界层湍流微结构的影响。 相似文献
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浙江海岛台风和冬季大风阵风特征的对比分析 总被引：3，自引：1，他引：3
为了提高阵风预报准确率,利用2006—2016年浙江7个海岛气象站资料和ERA-interim资料,分析了台风和冬季大风的阵风因子与10 m稳定风速、风向、Brunt-Vaisala频率、总体理查逊数、边界层250~1 000 m风速及其与10 m稳定风速比值等的关系,对比两种大风系统阵风的主要成因差异,最后对冬季大风的阵风因子进行拟合。(1)从总体上,台风阵风因子比冬季大风要大0.1~0.2,波动幅度也一般比冬季大风偏大0.3~0.5。有些站点在稳定风速较大时,阵风因子随稳定风速变化不明显,而有的站点变化幅度较大。(2)站点不同方位的地表特征差异明显,导致台风和冬季大风的阵风因子在某个风向上有较统一的最大值和最小值,两者差值一般为0.2~0.3。(3)大气边界层台风样本主要表现为气流辐合上升及正涡度,而冬季大风样本主要表现为辐散下沉及负涡度,台风垂直速度、涡度和散度的强度均明显大于冬季大风样本;从Brunt-Vaisala频率来看,边界层750 m处冬季大风样本总体为静力不稳定,而台风样本总体为静力稳定;从总体理查逊数来看,台风样本和冬季大风样本两者边界层250 m处动力不稳定程度接近。(4)台风和冬季大风的阵风主要形成机制不同,冬季阵风与边界层上层气流向下动量传输引发的辐合辐散有关,而台风阵风可能更多与边界层气流的水平动量输送引发的辐合辐散有关。(5)基于风向、边界层1 000 m处风速和10 m稳定风速的冬季大风阵风因子的拟合模型,比仅考虑10 m稳定风速的拟合模型的绝对误差减少了20%~50%,误差方差也减少了10%~30%。 相似文献
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为准确描述我国最大的固定/半固定沙漠-古尔班通古特沙漠区域的大气边界层结构，本文利用该沙漠腹地2017年的梯度铁塔和通量观测数据，基于中尺度气象模式WRF (Weather Research and Forecast v3.7.1)，分析了5种边界层参数化方案在古尔班通古特沙漠的适用性。结果表明：1）采用WRF模拟沙漠腹地近地层内的边界层特征时，2m气温的模拟存在冷偏差，5种边界层参数化方案均能较好地模拟出四个季节2m气温的日变化特征，其中非局地方案ACM2(Asymmetric Convective Model version 2)对2m气温效果最好，局地方案BL方案的模拟偏差最大；2）5种边界层参数化方案均能够模拟出10m风速的日变化特征，其中局地方案BL(Bougeault-Lacarrere)对10m风速效果最佳；3）采用WRF模拟沙漠近地层内的地表通量特征时，感热通量存在高估现象，潜热通量存在低估现象，5种边界层参数化方案均能较好地模拟出四个季节模拟时间段内地表净辐射通量的日变化特征，其中局地方案MYJ(Mellor-Yamada-Janjie)的模拟精度最高。 相似文献
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几种计算湍流能量和通量方法的比较 总被引：1，自引：0，他引：1
本文利用超声脉动风速仪和白金丝脉动温度仪,分别测量了三维风速u、v、w和温度T的瞬时脉动值.根据这些风、温高频测量值,用几种不同的计算方法计算了湍流能量和动量、热量通量.计算结果表明,由于大气中湍涡尺度很宽,对于不同尺度的湍流量,选用合理的计算方法,能够得到正确的计算结果,并节省计算时间. 相似文献
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《大气和海洋科学快报》2016,(1)
Statistical analysis of turbulent and gusty characteristics in the atmospheric boundary layer under weak wind period has been carried out.The data used in the analysis were from the multilevel ultrasonic anemometer-thermometers at 47 m,120 m,and 280 m levels on Beijing 325 m meteorological tower.The time series of 3D atmospheric velocity were analyzed by using conventional Fourier spectral analysis and decompose into three parts:basic mean flow(period 10 min),gusty disturbances(1 min period 10 min)and turbulence fluctuations(period 1 min).The results show that under weak mean wind condition:1)the gusty disturbances are the most strong fluctuations,contribute about 60% kinetic energy of eddy kinetic energy and 80% downward flux of momentum,although both the eddy kinetic energy and momentum transport are small in comparison with those in strong mean wind condition;2)the gusty wind disturbances are anisotropic;3)the gusty wind disturbances have obviously coherent structure,and their horizontal and vertical component are negatively correlated and make downward transport of momentum more effectively;4)the friction velocities related to turbulence and gusty wind are approximately constant with height in the surface layer. 相似文献
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The horizontal and vertical wind velocity fluctuations were measured using two sonic anemometers at a height of 135 cm above a snow surface under a transverse snow wave-forming condition. A snow-wave was formed when the wind at a height of 1 m blew at a speed of more than 7 m s–1 after an approximate accumulation of from 10 to 20 cm of new snow on a snowfield. For example, when a snow-wave had a wavelength of 10 m and a wave height of 15 to 20 cm, the measured horizontal and vertical velocity components showed that they had a frequency peak of 0.7 Hz in coherence and co-spectrum corresponding to this wavelength. The results suggest that wind turbulence and snow-wave formation interact with each other. 相似文献
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The horizontal and vertical wind velocity fluctuations were measured using two sonic anemometers at a height of 135 cm above
a snow surface under a transverse snow wave-forming condition. A snow-wave was formed when the wind at a height of 1 m blew
at a speed of more than 7 m s−1 after an approximate accumulation of from 10 to 20 cm of new snow on a snowfield. For example, when a snow-wave had a wavelength
of 10 m and a wave height of 15 to 20 cm, the measured horizontal and vertical velocity components showed that they had a
frequency peak of 0.7 Hz in coherence and co-spectrum corresponding to this wavelength. The results suggest that wind turbulence
and snow-wave formation interact with each other. 相似文献
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大气边界层阵风相干结构的产生条件 总被引：1，自引：0，他引：1
壁湍流相干结构的发现是近代湍流研究的重大进展之一,从20世纪50年代开始,在大气边界层湍流中也发现了相干结构——对流云街,并进行了系统的研究。近些年来,人们发现在近地层湍流中也存在相干结构。利用北京325 m气象塔对城市下垫面中大风和小风天气的风速分析,发现较有规律的周期3~6 min的阵风,且有明显的相干结构,而对不同下垫面的阵风研究,均发现存在这种相干结构,这种阵风相干结构对通量输送有不可忽视的作用。本文利用2012年4月甘肃省民勤县巴丹吉林沙漠观测塔的超声风速和平均场风速、温度观测资料,对阵风相干结构的产生条件进行了分析。采用傅立叶变换,将三维超声风速按频率分成基流(周期10分钟以上)、阵风扰动(周期1到10分钟)、湍流脉动(周期小于1分钟)三部分,结合平均场的资料分析发现:阵风相干结构出现在静力中性、不稳定甚至略微稳定的条件下,或者说机械作用主导的大气边界层,阵风区就会出现相干结构,热力作用对其有抑制和干扰的作用。从而,阵风的相干结构和壁面相干结构都出现在中性条件下,是机械湍流的现象,都主导着动量能量的输运。阵风区的相干结构并不等同于对流云街,他们出现在不同的大气稳定度条件下且尺度不同。 相似文献
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An observational analysis of the structures and characteristics of a windy atmospheric boundary layer during a cold air outbreak in the South China Sea region is reported in this paper. It is found that the main structures and characteristics are the same as during strong wind episodes with cold air outbreaks on land. The high frequency turbulent fluctuations(period<1 min) are nearly random and isotropic with weak coherency, but the gusty wind disturbances(1 min相似文献
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高风速相干结构对通量输送影响的实验研究 总被引：2，自引：0，他引：2
切变湍流的相干结构是湍流研究中的重大发现,它表明湍流运动并非完全随机,其中具有可检测的有序结构.本文通过处理南京浦口地区大气边界层观测数据,来分析不稳定层结中高风速相干结构特征.本次观测项目包括对场地中央的气象铁塔上2 m和40 m高度上超声风速仪的脉动速度、温度测量以及风廓线雷达对边界层风速廓线的测量.对超声水平风速时间序列数据进行小波变换 (时间尺度400 s),通过阈值来识别这种高风速相干结构.与多普勒风廓线雷达测量结果对比后发现,这种方法确定的相干结构符合常规的认识,具有较长的时间尺度和较大的垂直尺度 (接近边界层厚度).分析三天相干结构特性得到无量纲空间间隔约为6,即每隔6个边界层厚度的水平位置出现一个高速相干结构.通过与垂直风速小波系数的比较,发现高风速相干结构与向下垂直风速之间有较好相关,这与湍流中 “阵风” 现象的研究结论相似.使用四象限分析方法分类得到两种动量通量输送为负的运动:较小水平风速的上扬 (ejection) 运动 (简称为上扬运动) 和较大水平风速的下扫 (sweep) 运动 (简称为下扫运动),这两种运动在整个湍流活动中处于主导地位.高风速相干结构通过促进下扫运动和抑制上扬运动来影响动量通量的输送. 相似文献
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Abstract Airborne measurements of mean wind velocity and turbulence in the atmospheric boundary layer under wintertime conditions of cold offshore advection suggest that at a height of 50 m the mean wind speed increases with offshore distance by roughly 20% over a horizontal scale of order 10 km. Similarly, the vertical gust velocity and turbulent kinetic energy decay on scales of order 3.5 km by factors of 1.5 and 3.2, respectively. The scale of cross‐shore variations in the vertical fluxes of heat and downwind momentum is also 10 km, and the momentum flux is found to be roughly constant to 300 m, whereas the heat flux decreases with height. The stability parameter, z/L (where z = 50 m and L is the local Monin‐Obukhov length), is generally small over land but may reach order one over the warm ocean. The magnitude and horizontal length scales associated with the offshore variations in wind speed and turbulence are reasonably consistent with model results for a simple roughness change, but a more sophisticated model is required to interpret the combined effects of surface roughness and heat flux contrasts between land and sea. Comparisons between aircraft and profile‐adjusted surface measurements of wind speed indicate that Doppler biases of 1–2 m s?1 in the aircraft data caused by surface motions must be accounted for. In addition, the wind direction measurements of the Minimet anemometer buoy deployed in CASP are found to be in error by 25 ± 5°, possibly due to a misalignment of the anemometer vane. The vertical fluxes of heat and momentum show reasonably good agreement with surface estimates based on the Minimet data. 相似文献
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Air/sea flux variability on horizontal scales from 50 m to several km results, in part, from the presence of coherent convective structures within the atmospheric boundary layer. The horizontal distribution of fluxes within these convective updrafts and downdrafts is, therefore, central to studies of air/sea interaction and remote sensing of sea surface wind and wave fields. This study derives these flux patterns from observations of the Marine Atmospheric Surface Layer (MASL).Research aircraft flights through the MASL provide an optimal means for sampling large numbers of the above-mentioned coherent structures. The NCAR Electra flew numerous legs through the MASL at a height of 50 m during the 1987 stratocumulus phase of Project FIRE (First ISSCP (International Satellite Cloud Climatology Program) Regional Experiment).In situ measurements from these legs serve as the dataset for this paper. The data are processed in such a way as to retain only the turbulence fluctuations. Conditional sampling, based on the vertical velocity field, results in the isolation of convective updrafts and downdrafts. Compositing of the data for these two classes of convective drafts results in horizontal planviews of the vertical fluxes of buoyancy, absolute humidity, along-meanwind component of momentum, and vertical velocity. To ensure dynamical similarity, these horizontal planviews are oriented in a coordinate system aligned with the mean wind. 相似文献
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郑新倩 《沙漠与绿洲气象(新疆气象)》2017,11(5):63-69
利用2013年6月巴丹吉林沙漠拐子湖地区流沙下垫面的陆气通量观测资料,计算并分析了该研究区不同大气稳定层结条件下的湍流速度各分量谱和温度谱及湍流的局地各向同性特征。结果表明:该研究区风速各分量的湍流强度随平均风速的增加而逐渐减小,当平均风速2 m/s时,风速各分量的湍流强度逐渐稳定且基本限定在0.5以内。在不同大气稳定度下,湍流速度和温度能谱曲线在惯性副区内逐渐有合并趋势且遵循Kolmogorov提出的-2/3定律,速度各分量谱在高频段均满足各向同性且符合低频限制理论。随着稳定度的增加,风速分量的能谱曲线逐渐降低且向高频端移动,风速分量和温度能谱对应的谱峰长度则逐渐减小。该研究区水平湍流尺度范围为9.0~600 m,垂直湍流谱峰波长为10.79~75 m。该结果介于草地和森林下垫面之间,与塔克拉玛干沙漠腹地的试验结果较为接近。 相似文献