北京山区与平原冬季近地面风的精细观测特征及公里尺度模式预报偏差
发布时间：2021-10-11 04:47
第22届冬季奥林匹克运动会将于2022年在北京举行。往届冬奥各承办国采取把握特殊地形下气象要素观测规律及发展高分辨中尺度数值模式相结合的技术路线,反映出认识赛区气象要素规律和了解模式对特定区域预报性能的重要性。本文运用北京地区2009-2018年208站地面风观测数据和北京延庆高山观测站2016-2018年两个冬季数据,分别对北京地区、四个典型区域（山区、平原、山区与平原之间过渡区、城区）及延庆高山区进行精细的冬季近地面风观测特征分析,并在揭示观测特征的基础上,通过对2016-2018年两个冬季GRAPES-Meso 3km模式的风预报特征与观测进行对比,从平均风速、盛行风向、风速日变化、风向风速频率等多角度评估分析了模式风预报偏差和性能,同时对延庆高山观测站之间风的不同特征、模式一些区域性预报偏差等的可能原因进行了分析。得到如下主要结论:（1）北京地区冬季近地面风速表现出山区高于平原、平原中又以城区风速最弱的总特征,盛行西北风和北风,但在山区和过渡区存在与局地地形沟壑走向明显关联的其他盛行风向、在城区东西两侧偏北盛行风扰流清晰,反映出在西部西北部地形、城市下垫面粗糙度和冷空气影响下北...
【文章来源】：中国气象科学研究院北京市
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
质控后的观测资料站点分布（a），延庆高山区站和对比站位置（b）及相对D1对比站的海拔高度差（c）
北京地区冬季平均 10m 风速分布图（图例颜色为风速大小填色，单位各风向的风频，将风频最高的风向及该风向的平均风速速，得到图 3.2。由图可见，平原大部分地区盛行风向主冷空气活动频繁有关（3.1.3 节强风风频率分析可以佐证）南方向运动，遇到城区在城区西北部产生了向东向南的散现一定绕流特征、尤以城区西侧更为明显；尽管城区盛行一致、也为西北风和北风，但盛行风速明显小于外围，这明显加大、使风遇到城市时受阻的表现。冬季偏北盛行风2b）与窦晶晶等（2014）给出的北京城区与近郊区冬季山处，但本研究得到的扰流特征更为清晰，这可能与本文所，同时表明北京城区高大建筑群对近地面盛行风向和风速京城市建设的发展有所增强。相比之下，山区 A1 和过渡显得比较杂乱、风速大小差异也大，但结合图 2.1a，仍能行西北或偏北风这一特点，同时也能看到局部存在其他盛
图 3.2 北京地区冬季 10m 风主导风向分布图（a）及城区附近主导风向分布图（b）（红色、紫色、黑色箭头矢量分别为山区 A1、过渡区 A2、平原区 A3 主导风，红线区代表五环路、其内为城区 A3c 主导风）.2 典型区域冬季风速日变化的异同分别按 A1、A2、A3、A3c 四个区进行冬季区域平均风速逐时演变统计分析，得到典型区域的冬季平均风速日变化特征（图 3.3a）。上述四个区域风速日变化规律相都呈现出明显的“峰强谷平”单峰特征，即白天风速大、峰值明显，夜间风速小且变、最小风速极值点很不清晰，具体表现为上午 8:00 时（均为北京时间 BJT，后文不述）左右风速开始迅速上升，午后 14:00 时左右风速最大，之后风速迅速下降，傍18:00-20:00 时转为缓慢下降，整个夜间（20:00-08:00 时）风速维持少变。近地面风这种“峰强谷平”日变化特征，是由于白天日出后太阳辐射增强，湍流得到发展加空气的垂直交换，有利于上层动量下传、近地面风速增大；午后湍流发展至最旺盛，地面风速亦最大；随后风速随着湍流的减弱而减小；到了夜间、特别是冬季夜间北常出现逆温，边界层十分稳定，湍流被抑制，风速弱且变化很小。
【参考文献】：
期刊论文
[1]北京地区局地环流观测分析[J]. 郑祚芳,任国玉,高华. 气象. 2018(03)
[2]Observational Study of Surface Wind along a Sloping Surface over Mountainous Terrain during Winter[J]. Young-Hee LEE,Gyuwon LEE,Sangwon JOO,Kwang-Deuk AHN. Advances in Atmospheric Sciences. 2018(03)
[3]千米尺度分辨率下GRAPES-Meso4.0模式定量降水预报性能评估[J]. 许晨璐,王建捷,黄丽萍. 气象学报. 2017(06)
[4]第24届冬奥会海坨山赛区近两年冬季地面风场特征[J]. 张治国,崔炜,白雪涛,李林,杨光焰,常晨. 干旱气象. 2017(03)
[5]GRAPESMeso V4.0主要技术改进和预报效果检验[J]. 黄丽萍,陈德辉,邓莲堂,徐枝芳,于翡,江源,周非非. 应用气象学报. 2017(01)
[6]青藏高原夏季地面热源的气候特征及其对高原低涡生成的影响[J]. 李国平,卢会国,黄楚惠,范瑜越,张博. 大气科学. 2016(01)
[7]北京城区近地面比湿和风场时空分布特征[J]. 窦晶晶,王迎春,苗世光. 应用气象学报. 2014(05)
[8]BJ-RUC系统模式地面气象要素预报效果评估[J]. 闵晶晶. 应用气象学报. 2014(03)
[9]ECMWF、日本高分辨率模式降水预报能力的对比分析[J]. 张宏芳,潘留杰,杨新. 气象. 2014(04)
[10]横断山脉中西部降水的季节演变特征[J]. 肖潺,宇如聪,原韦华,李建. 气象学报. 2013(04)
本文编号：3429813
【文章来源】：中国气象科学研究院北京市
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
质控后的观测资料站点分布（a），延庆高山区站和对比站位置（b）及相对D1对比站的海拔高度差（c）
北京地区冬季平均 10m 风速分布图（图例颜色为风速大小填色，单位各风向的风频，将风频最高的风向及该风向的平均风速速，得到图 3.2。由图可见，平原大部分地区盛行风向主冷空气活动频繁有关（3.1.3 节强风风频率分析可以佐证）南方向运动，遇到城区在城区西北部产生了向东向南的散现一定绕流特征、尤以城区西侧更为明显；尽管城区盛行一致、也为西北风和北风，但盛行风速明显小于外围，这明显加大、使风遇到城市时受阻的表现。冬季偏北盛行风2b）与窦晶晶等（2014）给出的北京城区与近郊区冬季山处，但本研究得到的扰流特征更为清晰，这可能与本文所，同时表明北京城区高大建筑群对近地面盛行风向和风速京城市建设的发展有所增强。相比之下，山区 A1 和过渡显得比较杂乱、风速大小差异也大，但结合图 2.1a，仍能行西北或偏北风这一特点，同时也能看到局部存在其他盛
图 3.2 北京地区冬季 10m 风主导风向分布图（a）及城区附近主导风向分布图（b）（红色、紫色、黑色箭头矢量分别为山区 A1、过渡区 A2、平原区 A3 主导风，红线区代表五环路、其内为城区 A3c 主导风）.2 典型区域冬季风速日变化的异同分别按 A1、A2、A3、A3c 四个区进行冬季区域平均风速逐时演变统计分析，得到典型区域的冬季平均风速日变化特征（图 3.3a）。上述四个区域风速日变化规律相都呈现出明显的“峰强谷平”单峰特征，即白天风速大、峰值明显，夜间风速小且变、最小风速极值点很不清晰，具体表现为上午 8:00 时（均为北京时间 BJT，后文不述）左右风速开始迅速上升，午后 14:00 时左右风速最大，之后风速迅速下降，傍18:00-20:00 时转为缓慢下降，整个夜间（20:00-08:00 时）风速维持少变。近地面风这种“峰强谷平”日变化特征，是由于白天日出后太阳辐射增强，湍流得到发展加空气的垂直交换，有利于上层动量下传、近地面风速增大；午后湍流发展至最旺盛，地面风速亦最大；随后风速随着湍流的减弱而减小；到了夜间、特别是冬季夜间北常出现逆温，边界层十分稳定，湍流被抑制，风速弱且变化很小。
【参考文献】：
期刊论文
[1]北京地区局地环流观测分析[J]. 郑祚芳,任国玉,高华. 气象. 2018(03)
[2]Observational Study of Surface Wind along a Sloping Surface over Mountainous Terrain during Winter[J]. Young-Hee LEE,Gyuwon LEE,Sangwon JOO,Kwang-Deuk AHN. Advances in Atmospheric Sciences. 2018(03)
[3]千米尺度分辨率下GRAPES-Meso4.0模式定量降水预报性能评估[J]. 许晨璐,王建捷,黄丽萍. 气象学报. 2017(06)
[4]第24届冬奥会海坨山赛区近两年冬季地面风场特征[J]. 张治国,崔炜,白雪涛,李林,杨光焰,常晨. 干旱气象. 2017(03)
[5]GRAPESMeso V4.0主要技术改进和预报效果检验[J]. 黄丽萍,陈德辉,邓莲堂,徐枝芳,于翡,江源,周非非. 应用气象学报. 2017(01)
[6]青藏高原夏季地面热源的气候特征及其对高原低涡生成的影响[J]. 李国平,卢会国,黄楚惠,范瑜越,张博. 大气科学. 2016(01)
[7]北京城区近地面比湿和风场时空分布特征[J]. 窦晶晶,王迎春,苗世光. 应用气象学报. 2014(05)
[8]BJ-RUC系统模式地面气象要素预报效果评估[J]. 闵晶晶. 应用气象学报. 2014(03)
[9]ECMWF、日本高分辨率模式降水预报能力的对比分析[J]. 张宏芳,潘留杰,杨新. 气象. 2014(04)
[10]横断山脉中西部降水的季节演变特征[J]. 肖潺,宇如聪,原韦华,李建. 气象学报. 2013(04)
本文编号：3429813
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