文摘

使用数据从风塔在台风黑格比和鹦鹉,阻力系数估计。阻力系数之间的关系和大气稳定性检验。结果表明,大气稳定时的阻力系数下降改变了从弱稳定或不稳定的中性。阻力系数与风速之间的关系也检查,结果表明阻力系数与风速之间的关系类似于其他研究者的结果,但风阈值是不同的,由于不同的观测站点。导出了阻力系数和风速之间的定量表达式。

1。介绍

阻力系数参数化的一个重要因素,在海面风应力,广泛应用于大气和海洋动力学建模,遥感和其他应用程序。为了准确模拟海面状况,准确估计阻力系数是迫切需要的。由于复杂的海面的空气相互作用,提出参数化风的压力,或者同样的阻力系数,在海的那边远非令人满意(1]。为了帮助解决这个难题,有很多试图估计阻力系数。Geernaert et al。2]报道了阻力系数与海的行为状态在中度到高风速基于收集的数据在一个水柱15米的深度。拉奥(3阻力系数相比)在两个不同的网站使用montblex - 90数据。Grachev et al。4派生一个新配方中性对流边界层阻力系数,基于自由对流可以被认为是一个特定情况下的强制对流。Mahrt et al。5)检查的依赖表面阻力系数稳定、风速、中尺度湍流通量的调制使用收集的数据集在草原,稀疏的草,希瑟,两个森林网站。

检查了阻力系数下的热带气旋。鲍威尔et al。6]提出了阻力系数的水平开始下降和进一步提高飓风风速风速增加以上值约33米/秒,这是与阻力系数参数化的行为,目前应用在海洋和大气。月亮et al。7)发现,在低风速风阻力系数增加,但其增加的速度显著降低在大风和有企稳甚至减少在某些领域。马金(8]预测减少阻力系数的飓风风速超过30 - 40 m / s的值与现场数据根据阻力定律飓风风的海面。

为了确定海面的阻力系数,为建模提供参考的台风,阻力系数的估计湍流测量在台风黑格比和鹦鹉进行了分析。本文的主要目的是估计台风期间的阻力系数与风速之间的关系用实验数据。

2。分析数据描述和数据质量控制

2.1。数据描述

两个台风情况下选择。歌等。9]介绍了两个标准根据台风的涡结构和蒲福风级强劲的台风风力。(我)的风向风速超过8年级蒲福风级的8年级(10分钟平均风速17.2米/秒)先后改变了超过120°。(2)风速随时间的变化显示了一个“M”形在台风的流逝,如果低风速小于11米/秒之间发生两个高峰值,它可以判断为台风眼睛区域。应该同时满足两个标准来证明是否台风中心经过观测站点。根据这两个标准,选择两种情况来分析阻力系数在强烈台风:台风鹦鹉(观察从三角岛)和台风黑格比从Zhizai岛(观察)。选择两个台风观测捕获通过台风眼墙和眼睛,和这代表观察被称为典型的台风10]。台风跟踪观测站点的位置,三角岛(台风观察鹦鹉)和Zhizai岛(台风黑格比观察),是显示在图1和表1。

努里台风登陆的沿海地区在香港西贡海04:55点在2008年8月22日(北京时间,下同)。台风的中心努里通过塔位于三角岛18:50 8月22日,2008年,最短的距离三角岛台风中心约32公里。数据收集从三角岛在台风鹦鹉。三角岛位于大海。澳门和台湾东北部海岸之间的距离大约是12公里(图1)。表面覆盖着草和灌木(图2(一个))。风塔上安装一个93米高的山,配备了超声波风速计在10米和60米的高度。声波数据于8月22日00:00至23:59点在8月23日,2008年,被选出来计算阻力系数和其他参数。阻力系数、平均风速、风向和湍流统计计算了10分钟的时间,所以有288台风努里的样本观察。

强劲的台风黑格比沿海地区登陆的村镇,Dianbai县,茂名,广东省2008年9月24日凌晨06:45。台风黑格比通过塔的中心位于Zhizai岛05:10 9月24日,2008年,最短的距离Zhizai岛台风中心约8.5公里。在这篇文章中,数据收集从Zhizai岛在台风黑格比。风塔是安装在一个10米高Zhizai岛上的山坐落在大海。之间最短的距离在100米高的瞭望塔网站Zhizai岛和海岸(图4.5公里1)。表面覆盖着沙子和稀疏的杂草。地形情况如图2 (b)。超声波风速计是放置在60米的高度。高频(10 Hz)观测的动荡和虚拟温度得到超声波风速计。声波数据从0:00点至23:59点9月24日,2008年,被选出来计算阻力系数和其他参数。湍流统计计算了10分钟,所以有144台风努里的样本观察。风的数据观测塔被分为“陆上风”和“离岸风,”和两个台风观测的详细信息显示在表1。考虑到近岸表面方向比较复杂,沿着风没有分析工作。

2.2。数据质量控制

在分析之前,所有的数据预处理如下(11]。 找到湍流数据峰值。指的是Højstrup [12]和维氏和Mahrt [13)方法,数据满足以下公式可以视为高峰: 在哪里是一系列的,,,和是系列的标准偏差。 删除和插入Højstrup的尖刺(12)方法: 在哪里是一个常数在这篇文章中),之间的相关系数是系列吗和,本系列的平均值吗。

3所示。分析和结果

3.1。风的特点

风塔上使用超声波风速计的数据位于三角岛,在台风风速和风向努里计算和showen数据3(一个)和3 (b)。在60米的高度,最大风速为32.7米/秒,和最低风速为15.0米/秒。的重要“M -型双峰分布也被发现。风向改变了超过120°逆时针。与两个标准相比,台风鹦鹉是一个典型的台风。

图3 (c)在台风黑格比显示风速和风向。可以看出,风向改变120°的顺时针方向风速超过8年级蒲福风级。的重大发现“M -型双峰分布,和风速两座山峰之间的最小值为11.9 M / s,和整个台风的最大值为45.9 M / s。所有的风速和风向的特点满足了上述两个标准节2,这表明台风黑格比也是一个典型的台风。

3.2。阻力系数在强烈的台风

直接通过评估发现阻力系数的比值摩擦速度和平均风速平方差异如下: 在哪里代表的摩擦速度计算通量数据使用的关系 和是10分钟平均风速。

图4在台风努里显示阻力系数。在一般情况下,阻力系数是不同的在不同的高度,但随时间变化趋势相似。台风中心经过之前,阻力系数在10米高度大于60米的高度。当台风中心经过风塔,阻力系数的增量两个高度观察,由于台风的风速较低的眼睛区域。台风中心经过后,阻力系数在两个山庄没有区别。

图5显示在台风黑格比阻力系数。在台风中心通过之前,有一个峰值(0.0050)的阻力系数在叫。一小时后过去了,台风中心最大的阻力系数,其值为0.0234。期间从4:10到7点,阻力系数发生了翻天覆地的变化,这可能是导致低风速在台风眼睛区域。

3.3。阻力系数的变化与大气稳定

使用声波数据成为可能计算大气稳定捕鸟的公式: 在哪里是大气稳定,是高度,是Monin-Obukhov长度。卡门常数和重力加速度。是虚拟的潜在的温度,是垂直风速,是摩擦速度。

图6台风期间大气稳定鹦鹉和黑格比。为了比较大气稳定前后不同台风台风中心通过,样本是8月22日07:00至07:00是8月23日,2008年,在台风鹦鹉被选中。期间,大气稳定的绝对值在10米高度接近于零,表明大气分层几乎是中性的。在60米的高度,大气稳定变化从−2到2,表明弱稳定或弱不稳定的分层。之前台风的眼睛通过大气稳定10米之间的差异和60米的高度小。当风从陆地在台风中心通过之前,两者之间的细微差别的高度的影响表明,地表大气稳定在不同高度相似。台风中心经过后,大气稳定的样品在10米高度大于零,在60米的高度小于零。台风中心经过后,风从海上,大气稳定的大差异表明海面大气稳定性的影响是不同的在不同的高度。

图7显示了阻力系数的变化与大气稳定在台风鹦鹉和黑格比陆上方向。在台风期间鹦鹉(图7(一)),在不同高度大气条件是不同的。在10米高,大于零,定期和阻力系数降低大气分层变化从中性弱稳定。在60米的高度,经常低于零,阻力系数降低大气分层变化从中性、弱不稳定。曲线可以描述常规阻力系数的变化是源于这些观测数据如下:

在台风黑格比,阻力系数的变化与大气稳定不是所以经常像台风鹦鹉,并且没有阻力系数和大气之间的关系被发现在台风黑格比稳定。

3.4。阻力系数的变化与风速在陆上的方向

的数据对在陆上方向图形呈现在图8。一般来说,与风阻力系数的变化趋势相似的两个台风。也可以看到,与风阻力系数的变化趋势一致的在不同高度台风鹦鹉。阻力系数增加直到风速达到某一阈值,当风速大于阈值降低。对于不同的台风,阈值是不同的。阈值是台风努里约15米/秒,为台风黑格比25米/秒,40 m / s为其他研究者的(6]。

在台风努里,阻力系数假设非常大的价值观在陆上方向风速达到约25米/秒10米和60米的高度。陆上的阻力系数与风速之间的关系方向可以由下面的公式描述:

在台风黑格比,阻力系数从0.0007到0.003不等。阻力系数增加缓慢,直到风速达到25米/秒。当风速大于25米/秒,只有几个样品;然而,经常可以看到,阻力系数降低风速。最小二乘分析数据对陆上风力方向产生下面的“最适合”的回归方程:

图9显示台风黑格比的平均阻力系数和努里在岸方向。阻力系数从不同的网站比较在相同的高度。在陆上方向60米的高度,在台风黑格比阻力系数,鹦鹉一些区别为不同的垃圾箱。一般来说,当风速大于10 m / s,低于25米/秒,台风努里的阻力系数远远大于台风黑格比。当风速大于25米/秒,阻力系数的台风努里达到台风黑格比相同的数量级。通过比较在台风努里阻力系数在两个山庄,它可以发现阻力系数与风速之间的关系在不同高度相似。

另一个事实是值得注意的是,风努里台风和台风黑格比的阈值不同于其他研究者的结果(6]。它可能导致不同的观测站点。台风努里观察从塔坐落在93米高的山,虽然台风黑格比观察塔位于10米高的山。此外,三角岛台风努里观察占地面积0.62公里²,而Zhizai岛面积0.0036公里²。平均距离塔的边缘三角岛约840 m和Zhizai岛约45米在岸的方向。风从陆地方向主要是受海面,但也受到土地塔所在地。这些观测环境使海面粗糙度长度,出现从开放的海洋表面波或其他因素产生在台风鹦鹉对阻力系数的影响较小。也就是说,阻力系数与风速之间的关系来源于努里台风和台风黑格比不是来自真正的开放的海面。鲍威尔et al。(6实验是在海上进行的,并不受土地的影响。这些不同的观测站点可能就是为什么对不同的台风风阈值是不同的。因此,观测数据是否受到土地决定阈值可能是一个关键因素。考虑其他研究者的实验从大海和岛屿的这些实验这项工作,可以得出的结论是,土地的面积较大,观测数据收集负责降低风速的阈值。

3.5。阻力系数的变化与风速在离岸方向

图10显示了阻力系数与风速的变化在台风鹦鹉和黑格比离岸方向。显然可以看出,阻力系数波动在台风鹦鹉和黑格比从0.0001到0.001,而没有定期阻力系数与风速之间的关系是发现。它可能导致的距离观察塔海岸和复杂地表离岸方向。

4所示。结论

使用数据从风塔在台风黑格比和鹦鹉,阻力系数估计。阻力系数之间的关系和大气稳定性检查,发现大气稳定时的阻力系数下降改变了从弱稳定或不稳定的中性。阻力系数与风速之间的关系也检查,结果表明,阻力系数和风速之间的关系类似于其他研究者的结果,但风阈值是不同的,由于不同的观测站点。得出一些初步的结论如下。

通过比较两个山庄大气稳定在陆上台风努里方向,发现在不同高度大气条件是不同的。在10米高,定期,阻力系数降低大气分层变化从中性、弱稳定。在60米的高度,,阻力系数降低经常从中性大气分层变化不稳定。的曲线可以描述常规阻力系数的变化是源于这些观测数据如下:

在陆上方向60米的高度,在台风黑格比阻力系数,鹦鹉一些区别为不同的速度。一般来说,当风速大于10 m / s,低于25米/秒,台风努里的阻力系数远远大于台风黑格比。当风速大于25米/秒,阻力系数的台风努里达到台风黑格比相同的数量级。通过比较在台风努里阻力系数在两个山庄,它可以发现阻力系数与风速之间的关系在不同高度相似。

陆地方向,阻力系数与风速之间的关系是从观测数据不同的台风情况下,表现出相当大的区别不同的台风。

在台风努里,阻力系数与风速之间的关系是相似的在10米,60米的高度:

在台风黑格比60米的高度,

考虑相同的台风努里表达在不同的高度,在台风黑格比60米的高度的关系可以被认为在10米高。

阻力系数的变化趋势与风在这个工作是类似于其他研究者的结果,但风阈值是不同的。观测数据是否受到土地决定阈值可能是一个关键因素。考虑其他研究者的实验从大海和岛屿的这些实验这项工作,可以得出的结论是,土地的面积较大,观测数据收集负责降低风速的阈值。在这里,风阈值是一个值。阻力系数增加直到风速达到某一阈值,当风速大于阈值降低。

确认

两个裁判的言论。这种材料是由中国国家自然科学基金(批准号91215302),清洁发展机制基金(批准号1212014)和国家部门公共利益研究基金会(批准号GYHY201006035)。