为解析不同稳定度情况下多种风机排布配置对尾流效应的强度、作用范围和风能利用效率的影响, 以鄱阳湖地区风电场为例, 使用中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecast)和Fitch尾流模型进行模拟实验。结果表明: 在不同大气层结稳定度情况下, 单个风机尾流效应的影响范围能够达到下游4~10 km处, 对下风向风速的削弱强度可达−0.2~−1.2 m/s。在风的来向上风机数量越多, 下游风速减弱越大; 正方形紧密排布风电场的尾流效应对风速的削弱效果最明显, 而空心菱形稀疏排布风电场的尾流区风速更容易恢复。由于不稳定的大气层结内热力和动力湍流交换强度更强, 更有利于尾流区内中动量的交换和下传, 因此稳定大气层结的尾流效应影响范围比不稳定大气层结更广。风机所在位置垂直剖面上的湍流动能呈现中心最强、向外耗散的特征, QKE(湍流动能的两倍)随着高度增加而先增至最大值(> 19 m2/s2), 再减至0左右, 之后趋于稳定, 最大值出现在约离地90 m的高度, 估计尾流效应的垂直影响范围可达约离地1.1 km的高度。
为了探究滇中地区不同城市化程度和湖泊下垫面对城市热岛效应的影响, 利用中尺度气象模式 WRF (the weather research and forecasting model)对昆明等城市的夏季城市热岛效应进行模拟研究。结果显示, 夏季夜间, 昆明等城市的热岛现象具有明显的下游效应, 城市的扩张使得城市热岛下游效应的影响范围扩大, 但热岛的强度不会明显地增强。城市的存在会增加地表的粗糙度, 使得夜间的近地面风速减小。在白天, 湖泊和城市下垫面主要通过改变局地的热力差异影响近地面的风速, 城市的存在会加强湖泊与陆地间的热力差异, 促进湖陆风环流, 进而加大近地面的风速。城市的存在还会减少下垫面对低层水汽的供应, 但城市面积的增加对低层水汽的影响相对较小。清晨, 城市地区表现为湿岛(湿度较周边地区略大), 这与城市地区的近地面辐合流场有关; 而在其他时段, 城市地区多为干岛(湿度比周边地区低), 且干岛现象也存在下游效应。
为了探究昆明地区城市化对降水的影响, 利用中尺度气象模式 WRF (the weather research and forecas-ting model)耦合单层城市冠层模块, 对2012年5月24日夜间发生在昆明城区西部的一次强降水过程进行数值模拟研究。通过与卫星观测得到的降水空间分布进行对比, 发现WRF模式能较好地再现此次降水过程。城市的存在会较显著地改变城市地区的潜热和低层垂直运动, 使得位于城区的降水中心降水强度略有减小, 而城区下风向的降水有所增加, 降水增加的区域与 750 hPa 高度上的水汽通量辐合加强的区域相对应。城区降水中心降水量减少可能是由于城市下垫面抑制了低层大气的水汽供给。城区下风向降水增加的可能原因是该区域相对较强的垂直运动使得更多的水汽被输送到高层大气中, 有利于降水的增强。在目前的城市化水平上, 若昆明地区的城市进一步扩张, 城区下风向地区的垂直对流运动和大气不稳定度均会增强, 但城市下垫面对低层水汽供给的抑制作用也会增强, 这两种作用的同时存在会使得城市下风向地区降水的变化存在不确定性。
利用1963—2013年4个国家基本/基准站(昆明、楚雄、玉溪和曲靖)的近地面温度、相对湿度和降水量的观测资料, 对云南滇中地区近 51 年来的气象要素的变化特征进行统计分析。结果显示: 近 51 年来, 滇中地区增温趋势明显, 冬季的增温幅度最大, 昆明市作为上述滇中城市中发展最快的城市, 年增温趋势是 4 个城市中最明显的; 滇中地区年降水量呈波动减少趋势, 冬、春季降水量增加而夏、秋季减少, 昆明市年降水量的降幅最大, 楚雄市只呈微弱的上升趋势; 4 个城市年均及各季节的相对湿度均呈显著下降趋势, 各季节的降幅差别不大。通过小波分析, 发现滇中地区不同气象要素的周期变化具有一定的相关性: 在 36年时间尺度上, 相对湿度的干(湿)中心与气温的暖(冷)中心对应; 在 16~32 年时间尺度上, 相对湿度的干(湿)中心与降水量的弱(强)中心对应。
