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中国沿海风特性研究

作　者: 宝乐尔其木格
导　师: 孙即霖；张秀芝
学　校: 中国海洋大学
专　业: 气象学
关键词: 超声数据预处理台风湍流强度湍流积分尺度
分类号: P444
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 60次
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内容摘要

我国沿海地区每年都会遭受台风和寒潮大风的影响。台风和寒潮大风常带来严重的灾害,但有时也会提供丰富的风资源和水资源,因此,在预防大风灾害的同时也要考虑如何利用大风带来的丰富风资源。本文利用中国沿海11个省、市、自治区的91座测风塔2009.6.1-2010.5.31一年由常规测风仪观测的风速、风向资料的统计结果,分析了中国沿海风的基本特性。然而常规仪器只能获得水平方向的信息,而像风攻角、垂直湍流强度、湍流谱等参数只有三维超声风温仪资料才能满足其计算需要,因此本文基于沿海四座测风塔超声风温仪测风资料,对在我国沿海登陆的2009年4个台风个例:莫拉克、莫拉菲、巨爵、苏迪罗和2010年3个台风个例:莫兰蒂、凡亚比、鲇鱼和2010年3月福建省一次寒潮过程大风风特性进行了分析。主要结论如下:(1)超声测风数据中会有各种误差,因此原始数据预处理至关重要。本文通过剔除无效数据和野点、其它异常数据处理、坐标旋转和趋势项去除四个步骤对数据进行了预处理,以保证数据的准确性。其中野点剔除步骤有:构造新的时间序列剔除孤立野点,标准差和平均值比较法剔除孤立野点以外的野点。这样既保留了台风和寒潮大风数据又保证了数据可靠性,再比较了台风和寒潮条件下常规资料和超声资料,两种资料结果接近,说明超声资料预处理结果较好。(2)基于沿海测风塔风资料对年平均风速、湍流强度、风切变指数的分析表明中国沿海风资源丰富且有利于风资源的开发。(3)台风影响期间在较短的时间内风速和风向有明显的变化,风速随着测站离台风越远或台风强度的减弱而减小,测站离台风越近风速的这种变化越剧烈,风向在台风右(左)侧顺(逆)时针旋转,风速的变化愈剧烈风向的变化也愈剧烈。最大的风攻角通常出现在水平风速较小的时段,且其变化剧烈。湍流强度在台风影响初期有明显的增加,在台风登陆前随着风速的增加湍流强度减小,登陆后与风速的变化一致或没有明显的变化,其中不同的台风个例表现出不同的特征。阵风因子和湍流强度变化较一致。多数个例分析表明在台风大风影响期间主要为生命史较短:时间尺度大约为10s的涡旋,而台风影响前后以生命史较长的涡旋为主,空间尺度由风速和时间尺度共同决定,风速大时空间尺度也偏大。台风大风时段湍流谱在惯性副区满足各向同性且服从-5/3的斜率。(4)分析了一次寒潮过程,本次寒潮过程中风速明显增加,而风向没有明显的变化,寒潮过程中湍流强度表现出横向>纵向>垂向或纵向和横向大小相当。阵风因子和湍流强度变化基本一致。寒潮影响期间主要为生命史较短的大尺度涡旋,脉动风速谱在惯性副区服从各向同性,且满足-5/3的斜率。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章：绪论  11-19
  1.1 研究目的和意义  11-12
  1.2 湍流研究概况  12-13
  1.3 利用脉动风资料分析风特性参数研究概况  13-17
  1.4 论文结构和主要内容  17-19
第二章：超声风速温度仪介绍及资料处理  19-33
  2.1 引言  19-20
  2.2 超声风速温度仪  20
  2.3 超声风速温度仪测风资料的预处理  20-24
    2.3.1 无效数据判断、处理  20-21
    2.3.2 野点判断、处理  21-22
      2.3.2.1 野点定义  21
      2.3.2.2 野点判别方法  21-22
      2.3.2.3 野点的处理  22
    2.3.3 其它异常数据处理  22
    2.3.4 坐标旋转  22-23
    2.3.5 趋势项去除  23-24
  2.4 超声风速仪和常规测风仪资料比较  24
  2.5 基于超声资料的风特性参数计算方法介绍  24-30
    2.5.1 风速  24-25
    2.5.2 风向  25
    2.5.3 风攻角  25
    2.5.4 阵风因子  25-26
    2.5.5 湍流强度  26
    2.5.6 湍流积分尺度  26-29
      2.5.6.1 自相关函数  27-28
      2.5.6.2 湍流积分尺度定义  28
      2.5.6.3 湍流积分尺度计算  28-29
    2.5.7 湍流谱  29-30
      2.5.7.1 湍流谱  29-30
      2.5.7.2 快速傅里叶变换  30
      2.5.7.3 滤波  30
  2.6 本章小结  30-33
第三章：中国沿海风特性及台风、寒潮大风风特性分析  33-75
  3.1 引言  33-34
  3.2 常规测风仪风特性参数计算方法  34
  3.3 中国沿海风特性分析  34-37
    3.3.1 年平均风速和风向  35-36
    3.3.2 湍流强度  36
    3.3.3 风垂直切变  36-37
  3.4 台风大风风特性分析  37-68
    3.4.1 2009 年台风个例分析  38-54
      3.4.1.1 热带风暴“苏迪罗”  39-41
      3.4.1.2 台风“莫拉菲”  41-47
      3.4.1.3 台风“莫拉克”  47-50
      3.4.1.4 台风“巨爵”  50-54
    3.4.2 2010 年台风个例分析  54-63
      3.4.2.1 台风“莫兰蒂”  54-57
      3.4.2.2 超强台风“凡亚比”  57-60
      3.4.2.3 台风“鲇鱼”  60-63
    3.4.3 非台风条件下和台风条件下风特性比较  63-68
  3.5 寒潮大风条件下风特性参数分析  68-72
    3.5.1 资料  68-69
    3.5.2 结果分析  69-72
  3.6 本章小结  72-75
第四章：总结和展望  75-77
  4.1 总结  75-76
  4.2 特色和创新点  76
  4.3 存在问题及展望  76-77
参考文献  77-83
致谢  83-85
个人简历  85

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