王敏仲;何清;魏文寿;张广兴;冯广麟;胡德喜
【摘 要】利用2010年和2011年春季在新疆百里风区十三间房气象站观测取得的风廓线雷达资料，分析了该地区两次强风天气过程三维风随高度的分布特征。研究表明：（1）风廓线雷达对大风的总体观测结果是准确的，由于受地物杂波等因素影响，某些高度层探测结果不佳。（2）十三间房大风爆发迅速，低空风速强劲，最大风速可达40m／s以上，大风急流区位于2500m高度以下，急流区无明显的水平和垂直风切变。（3）2010年4月19—20日大风随高度无显著变化，为一致的北风气流；2011年3月12—13日大风过程，2000m以下为北风控制，2000～4000m高度风速风向变化复杂，存在风向随高度逆时针和顺时针的多次偏转，4000m以上为平直的西风气流。（4）大风过程中，大气在铅直方向既可做上升运动，也可做下沉运动。通过对速度谱宽的分析，谱宽时间一高度分布与大风随时间和高度的变化有较好的一致性。%To study the three-dimensional wind field characteristics of the gale weather at the Hundred Kilometres Gale Area in XinJiang, the Institute of Urumqi Desert Meteorology of China Meteorological Administration held a spring observation experiment fr om 2010 to 2011 on the Thirteen Houses in the Hundred Kilometres Gale Area. The study shows: (1) the mainly observational effect of wind profiler radar for gale was very good, although some height layer defection was not actualbecause the ground disorderly wave and other factors affect; (2) the gale at the Thirteen Houses area broke out rapidly, the wind speed was high the highest of which reached 40 rrds and the gale jet area was situated below 2500m altitude and there was not the horizontal and vertical wind shear ; (3) in the process of the gale of the Thirteen Houses, the wind did not change with the altitude. Moreover, the time-height distribution of spectrum width was correspond with the start and end time of the gale.
【期刊名称】《沙漠与绿洲气象》
【年(卷),期】2012(006)004
【总页数】8页(P52-59)盖达尔
【关键词】百里风区;风廓线雷达;强风;三维流场
【作 者】王敏仲;何清;魏文寿;张广兴;冯广麟;胡德喜
【作者单位】中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所,新疆乌鲁木齐830002 塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站,新疆塔中841000;中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所,新疆乌鲁木齐830002 塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站,新疆塔中841000;中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所,新疆乌鲁木齐830002;中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所,新疆乌鲁木齐830002;十三间房气象站,新疆哈密839000;且末县气象局,新疆巴州841900
岛式唱腔【正文语种】中 文
天眼第三卷
【中图分类】TN957
兰新铁路是新疆境内通往中国其他省区的唯一铁路通道。近50 a来，该线著名的“百里风区”给铁路运输带来极大的危害。“百里风区”是指兰新铁路红旗坎—小草湖—红台—大步—十三间房—红层—了墩全长123 km的区间，这段线路地势北高南低，北面遥对博格达山与巴里坤山山间的七角井垭口，吐鲁番盆地增暖引起的减压和山北冷空气南下引起的加压，造成天山南北气压梯度增高，风速加大，形成了红旗坎至了墩之间100多km的受风带，即
通常所称的“百里风区”，最大风速可达64 m/s，是12级风底限值的近两倍[1]。兰新铁路自1959年铺轨穿越百里风区后，大风年年肆虐，多次将行驶中的列车刮翻，铁路运输时常被迫中断，严重制约着铁路运输安全和新疆经济的发展。陈飞捷[2]曾分析了百里风区防风区段和防风标准，提出高速公路强横风路段采用柔性防风阻沙栅的防风措施，对于我国高速公路风害防控技术研究具有一定的指导意义和科学借鉴作用。唐士晟等[3]曾分析了百里风区大风的统计特征，得出百里风区具有风速高、风期长、季节性强、风向稳定、起风速度快等规律。蒋富强等[4]通过对兰新铁路百里风区戈壁风沙流进行现场观测研究，提出风沙流密度的新概念，解决了如何利用现场定时观测研究风沙流动态变化特点的重大技术难题。以上研究多集中在百里风区近地面大风方面，对该区大风的三维物理结构、大风形成的物理机制目前还未有较清晰的认识。
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风廓线雷达（简称风廓线仪）是一种车载检测、处理湍流回波强度和运动信息的全相参脉冲多普勒雷达，可连续实时获取大气边界层内不同高度上的风向、风速和垂直气流等数据[5]。许多研究表明[6-12]：风廓线雷达探测的资料具有较高的准确性和可靠性，其对监测中小尺度天气现象以及提高预报准确率有很好的效果。此外，也有一些学者利用风廓线雷达对局地环流特征及风垂直分布特征进行过研究，也证明了其有效性。邹捍等[13]曾利用LAP-
3000风廓线仪在珠峰北坡绒布河谷进行观测，对其局地大气环流系统进行了较为深入的分析。李剑东等[14]曾利用WPR1300型风廓线仪研究了青藏高原那曲地区的风廓线结构。辛跳儿等[15]利用风廓线雷达对上海世博园上空边界层风垂直变化进行了较为细致的观测研究。为执行新疆气象局业务新技术项目“百里风区春季风廓线雷达观测试验”，中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所分别于2010年和2011年春季在百里风区十三间房气象站进行了风廓线雷达探测大风的观测试验。本文利用观测取得的两次大风资料，分析了强风天气下三维风随高度的分布特征，这将有助于加深对该地区大风灾害天气的认识，同时也为新疆风区铁路建设、风区风能资源精细化评估以及防灾减灾提供一定的技术支持和科学依据。
1 观测与资料
百里风区处于东天山隆起与哈密坳陷过渡地带（图1），该区地势北高南低，北面遥对博格达山与巴里坤山山间的七角井垭口，几条深沟大槽正好对着七角井山口方向，观测地点十三间房气象站就位于七角井风口南面约17 km地带（图上黑三角标记，43°12′N，91°42′E），这里地表主要为低山丘陵、石质剥蚀平原及山前洪积砂砾，在观测期间，呈现干旱地表状态。
规划功能分区
图1 观测区地形等高线图（图中实线、数字和黑三角分别表示地形等高线、海拔高度和观测地点）
本项研究采用的观测仪器分别为北京爱尔达电子设备有限公司生产的Airda3000Q风廓线雷达和中国航天科工集团二十三所研制的CFL-03风廓线雷达。Airda3000Q基本技术性能为：①工作频率：1 290 MHz；②最低探测高度：50 m；③最高探测高度：3 450 m；④时间分辨率：可设；⑤高度分辨率：低模 50 m，高模 100 m；⑥扫描波束数：5（东、南、西、北、中）。该风廓线雷达提供的数据主要包括：高/低模式谱数据、径向谱速度、水平风速、垂直速度、信噪比（SNR）、Cn2（大气折射率结构常数）、谱宽等。表1列出了Airda3000Q的主要技术参数。
表1 Airda3000Q风廓线雷达主要技术参数参数名称雷达波长波束宽度波束数天线增益馈线损耗接收机发射峰值功率参数232 mm 9°5 25 dB 5 dB数字中频1.5 kW参数名称脉冲宽度最低探测高度噪声系数相干积累次数FFT点数带宽高模式参数2.67μs 400 m 2 dB 68 512 0.37 MHz低模式参数0.33μs 50 m 2 dB 100 256 3.0 MHz
CFL-03相控阵风廓线雷达主要由天馈系统、发射机系统、接收机系统、监控系统、信号处
像男人一样战斗理与控制系统、数据处理系统6部分组成，它的设计高度为3 000～5 000 m，属于边界层风廓线雷达。CFL-03采用5个固定指向波束的探测方式，1个垂直波束，4个天顶角为15°的倾斜波束，倾斜波束在方位上均匀正交分布。为了兼顾探测高度和低层的高度分辨率，CFL-03采用高、低两种工作模式。低模式使用窄脉冲、高度分辨率为50 m，高模式使用宽脉冲、高度分辨率为100 m。两种模式交替进行，在保证低空具有较高高度分辨率的同时可以达到较高的探测高度。表2列出了CFL-03的主要技术参数。
表2 CFL-03风廓线雷达主要技术参数参数名称雷达波长波束宽度波束数天线增益馈线损耗接收机发射峰值功率参数227 mm 8°5 25 dB 2 dB数字中频2.36 kW参数名称脉冲宽度最低探测高度噪声系数相干积累次数FFT点数带宽高模式参数0.6μs 600 m 2 dB 64 512 1.5 MHz低模式参数0.33μs 50 m 2 dB 100 256 3.0 MHz
本文所用资料为2010年4月19—20日、2011年3月11—13日风廓线雷达资料以及十三间房气象站地面观测资料，包括不同高度水平风速风向、垂直速度、信噪比（SNR）、谱宽、地面风速风向、气压、相对湿度、气温等。
2 大风天气过程简述
2.1 2010年4月19—20日大风过程
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