舟山地區(qū)各氣象站風速高度訂正法的比較研究

舟山地區(qū)各氣象站風速高度訂正法的比較研究

1垂直分布的變化象山地區(qū)有許多氣候站，分布廣泛，大部分位于沿海地區(qū)。然而，每個氣象站的高度不同。最高海拔為394m，最低海拔為2m。其中，19個高度比100米高，13個距離不到10米的地方。因此,舟山地區(qū)各氣象站點在垂直分布上存在較為明顯的變化。由于風速隨海拔高度的增加而增大,因此,嚴格來講,兩個氣象站的風速在進行比較時,首先需要將兩個站的風速進行高度訂正,使之處于同一高度。實際工作中,會出現(xiàn)這樣的情況,同一次天氣過程,一部分氣象站的風力達到了9級,而另一部分則只有7到8級,因此很難確定該次過程的風力等級;也會出現(xiàn)這樣的情況,兩站點距離并不遙遠,而風力卻可以相差1到2級。上述現(xiàn)象都與各氣象站點的拔海高度存在差異有關(guān)。因此,對舟山各氣象站點的風速進行高度訂正,具有十分重要的意義。2風廓線公式的選取從空氣運動的角度看,不同高度的大氣層可以分為三層,離地2m以內(nèi)的區(qū)域稱為底層,2m到100m的區(qū)域稱為下部摩擦層,兩者總稱為地面境界層。100m到1000m的區(qū)域稱為上部摩擦層,以上三個區(qū)域總稱為摩擦層,摩擦層之上是自由大氣在摩擦層內(nèi)風速隨高度的變化,除了與地面的粗糙程度有關(guān)外,還與大氣的層結(jié)狀態(tài)有關(guān)。因此,摩擦層內(nèi)的風廓線公式中應(yīng)主要考慮粗糙度和低層大氣的層結(jié)狀態(tài),不同的下墊面和不同的大氣層結(jié)狀態(tài)可以得出不同的風速廓線方程。但是從實用考慮,仍舊應(yīng)用指數(shù)律和對數(shù)律公式,它們僅需一個特定的參數(shù),就可以將一個高度的風速推算到另一個高度式中:u,u對公式(1)做變換并等號兩邊取對數(shù)得:3結(jié)果分析3.1不同下墊面的切變指數(shù)m從下墊面不同的角度看,舟山各氣象站大致可以分為兩類,一類以草地為下墊面,另一類則以硬地為下墊面,由于這兩種下墊面的粗糙程度不同,對于風速的垂直切變影響自然也不同。3.1.1年平均風速與擬合線的關(guān)系在風速的影響因子中,地形也是其中一個,故選取受地形影響較小的嵊泗站數(shù)據(jù)作為u1和z1,得擬合曲線(圖1)。如圖所示,普陀站的年平均風速與擬合線相差較大,這是因為普陀站受四周山體遮擋,年平均風速較小。表面上看,曲線對于實測數(shù)據(jù)的擬合效果還算不錯,但是計算得出m=1.34,這意味著,隨著高度的增加,風速不斷增大,這顯然是不正確的,故考慮到實測數(shù)據(jù)較少,不采用單純的擬合曲線方法,而是結(jié)合他人研究成果3.1.2硬地的切變指數(shù)m利用最小二乘法原理,計算得m=0.28,繪制擬合曲線如圖(圖3),圖中風速隨高度的增大趨于平穩(wěn),且越靠近地面風速削減越明顯,這與實際情況吻合,故可取硬地的切變指數(shù)為0.28。綜上,草地的切變指數(shù)較硬地的切變指數(shù)小,在今后的實際工作中,可取0.28作為硬地的切變指數(shù),0.14作為草地的切變指數(shù)。3.2地面粗糙度、粗糙度污染嚴重隨著風速的增大,地表對于氣流的阻擋和削弱作用并沒有隨之增大,與風速的增大程度相比地表的阻礙作用相對減小,即地面粗糙度的影響在不斷降低分析圖6可以發(fā)現(xiàn),隨著風速的增大,切變指數(shù)不斷減小并趨近于某值,這意味著變化相同高度,風速越大,風速變化越小。即風速越大,下墊面對于風速的削弱作用越不明顯。3.3切變指數(shù)m的日變化大氣的層結(jié)狀態(tài)在一天當中并不相同,一般來講,大氣層結(jié)白天不穩(wěn)定,夜間較穩(wěn)定,研究一天當中不同時次各個氣象站的風速資料,計算對應(yīng)的切變指數(shù),得出切變系數(shù)日變化圖(圖5),擬合得出切變系數(shù)的日變化公式為:分析圖5可以發(fā)現(xiàn),切變系數(shù)m大致到中午12時達到最小值,凌晨1時達到最大值,這是因為白天大氣層結(jié)不穩(wěn)定,擾動較易發(fā)生或加強,上下層動量得到交換,使得上下層風速差別變小,故m值也較小;而到了夜里大氣層結(jié)較穩(wěn)定,動量的垂直交換不易,上下層風速變化也加大,對應(yīng)m值也較大。4大氣邊界層結(jié)變化(1)觀測站下墊面主要有草地和硬地兩類,兩類下墊面對于風速的削減能力不同,對應(yīng)的風速切變指數(shù)m也不同。(2)地面對于風速的削減作用,與風速大小密切相關(guān)。風速越大,地面的摩擦作用相對越弱,上下層的風速變化越小,切變系數(shù)m越小;風速越小,摩擦作用越明顯,風速隨高度的變化越大,切面系數(shù)m越大。(3)大氣的層結(jié)狀態(tài)存在日變化,白天大氣層結(jié)不穩(wěn)定,上下層的動