Statistical analysis of wind speed fluctuation and increments of non-stationary atmospheric boundary layer turbulence
本文研究了大气边界层风速水平分量的统计特性。出于它的非平稳性，我们研究哪些参数保持不变，或可以被视为是分段常数，并解释如何估计它们。我们将验证自然大气边界层湍流是由连续发生的接近理想湍流的不同参数组成的图像。第一个重点放在风速的波动周围的平均行为。我们描述了一种方法估计的标准偏差的波动和平均风速之间的比例因子，并分析其时间依赖性。第二个重点是风速增量。我们调查的增量分布，并使用基于超统计的算法来量化的时间依赖性的参数描述的分布。应用所介绍的工具产生了一个全面的描述风速在大气边界层。
2008-11-20 physics.ao-ph physics.data-an physics.flu-dyn
Characterization of atmospheric coherent structures and their impact on a utility-scale wind turbine
已知大气湍流速度波动会增加风力机的结构载荷并加速尾流恢复，但尚未评估大气中的涡旋相干结构对风力机的影响。目前的研究使用自然降雪的流动成像，视野跨越流入和近尾流。涡相干结构的直径为1米的顺序确定和特点的流动接近一个2.5兆瓦的风力机在该地区跨越底部叶片尖端高程轮毂高度。评估了它们对涡轮机结构载荷、发电量和尾流特性的影响。长的相干结构包（大于200 m）会增加涡轮机支撑塔上的波动应力。大的流入涡流与涡轮叶片相互作用，导致偏离预期的发电量。这些偏差的符号与涡流的旋转方向有关，与叶片上的环流方向相同的旋转导致功率过剩，相反的旋转导致功率不足。功率不足的时期与尾流收缩事件相一致。这些发现突出了在进行涡轮机设计和选址决策时考虑相干结构特性的重要性。
2021-10-12 physics.ao-ph physics.flu-dyn
A Simple Recipe for Estimating Atmospheric Stability Solely Based on Surface-Layer Wind Speed Profile
风能界正逐渐认识到大气稳定性在发电和结构负荷方面的重要性。然而，估计稳定性需要温度梯度数据，这些数据通常不由风电场开发商或运营商测量。为了规避这个问题，我们提出了一个简单的方法\emph{á la} Swinbank，估计稳定性只有三个层次的风速测量。因此，由于声雷达和激光雷达在表层中的高垂直分辨率，这种方法非常适合于基于声雷达和激光雷达的风测量。
2018-04-09 physics.ao-ph
Comments on "Is condensation-induced atmospheric dynamics a new theory of the origin of the winds?" by Jaramillo et al. (2018)
对“凝结诱导的大气动力学是风起源的新理论吗？”A。哈拉米略岛J. Mesa和D. J. Raymond发表在J. Atmos上。Sci. 75，3305（2018）。
2018-09-06 physics.ao-ph
Superstatistical wind fields from point-wise atmospheric turbulence measurements
湍流风场的精确模型在大气科学中变得越来越重要，例如，用于确定风力发电场的时空相关性、涡轮机转子和叶片上的单个负载的估计，或者用于大气云中的颗粒-湍流相互作用或城市环境中的污染物分布的建模。由于禁止的任务，解决领域在广泛的规模，人们往往不得不诉诸随机风场模型，满足特定的，经验观察，属性。在这里，我们提出了一个新的模型，可以理解为一个著名的曼恩模型的扩展，在风能科学流入湍流的合成风场的生成。而这种高斯随机场模型仅控制二阶统计（即，速度相关张量或动能谱），我们明确表明，我们的扩展模型模拟高阶统计的影响。最重要的是，经验观察到的小尺度湍流现象，这可以被认为是大气湍流的关键特征之一，再现高精度和相当低的计算成本。我们的方法基于最近开发的湍流速度场的多点统计描述[J. Friedrich等人，J. Phys. Complex. 2 045006（2021）]，并且由具有波动协方差的多变量高斯统计的叠加组成。我们示范如何“超统计”风场可以约束在一定数量的逐点测量数据从气象桅杆阵列。
2022-09-01 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph physics.flu-dyn
Reassessing thermodynamic and dynamic constraints on global wind power
从基本的物理原理出发，我们提出了一个新的推导全球风力发电可测量的大气参数。由此产生的表达式区分了大气动力的三个组成部分（与水平和垂直运动相关的动能和降水的重力），并突出了以前的方法的问题。以Laliberté等人（2015）为重点，我们展示了在存在相变的情况下材料衍生物的不适当处理如何导致风力发电分析中的重大错误。我们讨论了全球风力发电的物理限制和考虑水蒸气凝结的动态影响所提供的机会。
2015-08-27 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Offshore Wind Turbines will encounter very low Atmospheric Turbulence
海上风能的快速增长需要精确的风资源建模，风资源可能会被风电场尾流耗尽。湍流耗散率决定了轮毂高度风速和尾流发展和侵蚀的模型预测的准确性。在这里，我们评估的湍流动能和耗散率的变化，使用13个月的观察，从一个配置激光雷达在马萨诸塞州海岸的平台上部署。近海湍流耗散率比近海小2个数量级，具有微弱的日变化周期。风向对湍流的年周期有很大的影响，当风主要来自陆地时，冬季湍流的年周期值较大，而当风主要来自开阔海洋时，夏季湍流的年周期值较小。由于湍流较弱，风力发电厂的尾流在夏季将更强，并在更远的下风处持续存在。
2019-02-28 physics.ao-ph
Small and Large Scale Fluctuations in Atmospheric Wind Speeds
研究了不同位置（陆上和海上）的大气风速及其波动。最显著的特征之一是速度差的概率密度函数（PDF）的显著不连续性-无论考虑什么位置。这些PDF的形状被发现是强大的，在很宽的范围内的尺度，这似乎矛盾的数学概念的稳定性，高斯分布应该是限制之一。由大气风的不稳定性的动机，它表明，间歇性分布可以理解为各向同性湍流的不同子集的叠加。因此，我们建议一个简单的随机模型来重现风速波动的实测统计数据。
2005-06-20 nlin.AO physics.ao-ph
Investigation on the Atmospheric Incoming Flow of a Utility-Scale Wind Turbine using Super-large-scale Particle Image Velocimetry
风力机的大气来流与其功率产生以及其结构稳定性密切相关。在这里，我们提出了一个公用事业规模的涡轮机在高时空分辨率的来流测量，使用超大规模粒子图像测速（SLPIV）与自然雪花。数据集包括一小时内的来流，视野为85 m（垂直）x 40 m（流向），中心位于涡轮机上游0.2转子直径处。平均流显示诱导区的存在和一个明显的区域与增强的垂直速度。短舱音速风速计和SLPIV测量的诱导区外的流向速度的时间序列显示出通常匹配的趋势，可能由于诱导效应和短舱周围的气流加速而具有随时间变化的差异。这两个信号之间的差异，其特征在于由声波SLPIV速度比，是正态分布，是小于统一的85%的时间。速度比首先随着风速的增加而减小，直到涡轮机的额定速度附近，然后趋于平稳，并且最终随着风速的进一步增加而上升。在条件采样下，速度比的分布表明，较大的偏航误差导致分布的平均值和分布的扩展都增加。此外，随着来流的入射角从负变为正（即，从指向下变为指向上），速度比首先随着角度接近零而减小。随着入射角的进一步增大，该比值的平台和波动增大。最后，我们的研究结果表明，短期的速度波动的强度有一个有限的影响的声速SLPIV速度比。
2019-07-26 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Relation between Wind and Wind Currents on the Synoptic Scale with Account of Wave Conditions
提出了一种考虑风浪状态的大气层和上层水参数的模式。大气边界层的动力学在文献[1，2]中实现，上层的动力学在大气和海洋中的埃克曼层框架中实现[3]。在后一种情况下，Kitaigorodskii [4，5]方法用于描述水气界面的动力学。计算了典型风浪情况下大气层和上层水体的关键参数（摩擦流速和漂流流速）。令人满意的定量计算值和传统的观察值之间的协议。
2011-08-11 physics.ao-ph
Where do winds come from? A new theory on how water vapor condensation influences atmospheric pressure and dynamics
大气水的相变在地球气候系统中具有普遍的作用，但其对大气动力学的直接影响却没有引起广泛的关注。在这里，我们研究和推进一个理论，如何冷凝影响大气压力，通过大量的水从气相中去除的同时帐户的潜热释放。从基本的物理原理出发，我们证明了凝结与低层大气中气压的下降有关。这种下降发生在一定的高度，范围从3到4公里的地面温度从10到30摄氏度。然后，我们估计与水蒸气凝结的水平压力差，并发现这些是可比的大小与观测到的环流模式驱动的压力差。通过蒸发输送到大气中的水蒸气代表了可用于加速空气从而驱动风的势能的储存。我们的估计表明，通过冷凝释放这种势能的全球平均功率约为全球太阳能的1%-这与一般大气环流已知的静止耗散功率相似。我们的结论是，冷凝和蒸发值得注意的主要因素，如果以前被忽视，在驱动大气动力学。
2010-04-02 physics.ao-ph
Estimating the technical wind energy potential of Kansas that incorporates the atmospheric response for policy applications
能源方案和过渡途径需要对技术风能潜力进行估计。然而，标准的策略侧方法使用观测到的风速，从而忽略了风力涡轮机的动能（KE）去除的影响，该风力涡轮机消耗区域风力资源，降低风速，并降低容量因子。因此，相对于使用具有交互式风电场参数化的大气数值模型的估计，标准方法显著高估了风力资源潜力。在这里，我们测试的程度，这些影响KE去除可以占我们的KE预算的大气（KEBA）的方法在堪萨斯州在美国中部，一个地区的高风能资源。我们发现KEBA在10 - 11%的范围内再现了模拟估计值，比使用标准方法的估计值低30 - 50%。我们还评估了白天和夜间条件下，这是由于稳定性的影响，风资源消耗的重要差异。我们的研究结果表明，KEBA方法是一个简单而充分的方法来评估区域规模的风力资源潜力，资源枯竭的影响，需要考虑在这样的规模在政策应用。
2022-11-02 physics.ao-ph
MOSE: optical turbulence and atmospherical parameters operational forecast at ESO ground-based sites. II: atmospherical parameters in the surface layer [0-30] m
这篇文章是一系列文章的第二篇，旨在证明所有最相关的经典大气参数（风速和风向，温度，相对湿度）和光学湍流（Cn 2和衍生的天文气候参数，如视宁度，等晕角，波前相干时间.）的预测在天文应用中的可行性。这项研究是在MOSE项目的框架内进行的，重点放在两个ESO地面基地Cerro Paranal和Cerro Armazones的上方。本文介绍了Meso-Nh模式重建近地层大气参数（风速、风向和绝对温度，[0-30] m a.g.l.）的能力。对近地层大气各参数的模式重建结果令人满意。对于温度，在所有水平下，RMSE（均方根误差）低于1°C。对于风速，其为~2 m/s，并且对于风向，其在所有水平处处于[38-46°]的范围内，其对应于范围[21-26°]内的RMSE_relative。如果对风向应用滤波器（从计算中丢弃小于3 m/s的风），则风向RMSE在范围[30-41°]内，即RMSE_relative在范围[17-23°]内。对表层大气参数的模式业务预报适用于不同的应用，其中包括：利用提前数小时重建的夜晚开始时的温度对圆顶进行热化;提前知道夜间强风的主要方向，可以使天文学家预测夜间能见度好/差的情况，并相应地规划观测;防止自适应次镜因风速而产生的抖动。
2013-09-26 astro-ph.IM physics.ao-ph physics.data-an
The development of near-vent volcanic ash cloud layers due to inhomogeneous atmospheric turbulence and relationship to wind shear
火山灰云通常会随着距离喷口的距离而变得多层和稀薄。我们探索这种分层结构的发展机制之一。我们回顾数据的特点，在自由大气的湍流分层，以及观测的层状云近喷口和远端的例子。然后，我们探索和对比火山灰传输和扩散模型的输出，明确使用观测到的大气湍流的分层结构的模型。结果表明，湍流和静止的大气层的交替提供了一种机制，多层灰云的发展，通过调制的方式，其中发生的沉降。
2021-01-05 physics.ao-ph physics.geo-ph
Machine-learning identification of the variability of mean velocity and turbulence intensity for wakes generated by onshore wind turbines: Cluster analysis of wind LiDAR measurements
本研究针对陆上风电机组尾流特性变异性问题，结合POD降维与k-means聚类分析激光雷达测量数据，实现了不同推力系数和大气稳定度下尾流速度亏损、范围及附加湍流强度变异性的无偏表征。
2021-09-03 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Quad-rotor Flight Simulation in Realistic Atmospheric Conditions
在无人驾驶飞行器的轨迹规划和控制设计中，高度简化的模型通常用于表示飞行器动力学和操作环境。这项工作的目标是在低空（<500米）大气条件下对四旋翼飞行器进行实时但逼真的飞行模拟和轨迹规划。转子性能的空气动力学模型是根据叶素动量理论改编的，并根据实验数据进行了验证。大气边界层的大涡模拟用于精确地表示无人机的操作环境。大气边界层数据的降阶版本以及流行的Dryden模型用于评估风场模型的准确性对预测的飞行器性能和轨迹的影响。风模型，空气动力学和控制模块集成到一个六自由度的飞行仿真环境与一个完全非线性的飞行控制器。对两种有代表性的航迹，即直线航迹和圆形航迹进行了仿真。不同的风模型的结果进行了比较，并讨论了简化的假设在代表转子空气动力学的影响。模拟框架和代码是开源的，供社区使用。
2019-02-04 physics.ao-ph physics.app-ph physics.flu-dyn
Anchored-Branched Steady-state WInd Flow Transformer (AB-SWIFT): a metamodel for 3D atmospheric flow in urban environments
SINCLAIR AI Laboratory, Saclay, \ Ile-de-France, France
为解决城市大气流动建模中的高几何变化和大网格问题，提出AB-SWIFT元模型，基于变压器结构，通过随机城市几何和混合大气层结的数据库训练，实现比现有模型更高的精度。
2026-03-26 cs.LG physics.ao-ph
Atmospheric Circulations of Hot Jupiters as Planetary Heat Engines
由于它们强烈的入射恒星辐射和可能的潮汐锁定自旋状态，预计热彗星的风速接近或超过声速。在这项工作中，我们开发了一个理论来解释这些风的大小。我们的模型热的制冷机作为行星热机，并表明，热制冷机总是低于一个理想的卡诺发动机的效率。接下来，我们证明了我们的预测风速匹配那些从三维数值模拟在广泛的参数范围。最后，我们使用我们的理论来评估如何以及不同的阻力机制可以匹配的风速观测到的多普勒光谱HD 189733 b和HD 209458 b。我们发现，磁阻力可能太弱，无法与HD 189733 b的观测结果相匹配，但与HD 209458 b的观测结果相一致。相反，剪切不稳定性和/或冲击与这两种观测结果是一致的。此外，这两种机制预测了比目前观察到的更热和更冷的行星的不同风速趋势。因此，我们提出，更广泛的多普勒观测可以揭示多种阻力机制在不同的热彗星。
2017-12-20 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.flu-dyn
Environmental Atmospheric Turbulence at Florence Airport
我们提出了一个时间序列的风强度测量记录在佛罗伦萨机场在2002年10月至2003年3月期间的分析。同时采取的数据由两个跑道头风速计，位于900米的距离，在3.3 10-3赫兹的频率。数据显示，在几十个小时的长时间跨度内，相关性很强。我们进行了风速分析，因为它通常是为湍流实验室实验。风速回报和风速差被认为是。这些量的pdf表现出强的非高斯胖尾。伽玛分布可以成功地再现波动的标准偏差的分布，而对数正态分布则完全失败。按照Beck和Cohen超统计方法，我们从该Gamma分布中提取Tsallis熵指数q。相应的q指数曲线以非常好的精度再现了收益率和速度差的pdf。
2004-06-28 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph physics.flu-dyn
Assimilation of atmospheric infrasound data to constrain tropospheric and stratospheric winds
这项资料同化研究利用爆炸产生的次声探测从地面到平流层高度的大气风分量。在芬兰，计划中的旧弹药爆炸会产生穿过大气层的瞬时次声波。这些波有一部分从平流层反射回地面，位于挪威北部距离爆炸地点几乎正北178公里处的一个接收站检测到这些波。利用入射次声波阵面的朝向源的真实水平方向和后方位角方向（到达的水平方向）之间的差异，结合脉冲传播时间，来提供穿透大气中的平均侧风分量的估计。我们进行离线同化实验与集合卡尔曼滤波器和这些观测，使用ERA 5集合再分析大气产品作为背景（先验）的风在不同的垂直水平。我们证明，从这两个来源的信息可以结合起来，以获得分析（后）估计侧风在不同的垂直水平的大气切片之间的爆炸现场和记录站。同化在12-60公里高度层产生最大影响，相对于0.1-1.0 m/s量级的先验有一些变化，这比ERA 5背景的典型标准差大。在较高的水平上，背景方差的降低往往达到2- 5%。这是第一个发表的研究表明，技术实施同化的次声数据到大气模式。它为进一步探索利用次声观测-特别是自然和连续源-探测中层大气动力学并将这些数据纳入大气模式产品铺平了道路。
2020-04-16 physics.ao-ph physics.data-an physics.geo-ph
Modeling of Atmospheric Flow Around a Coastal Cape: Lee Side Story
目前的研究集中在一个理想化的沿海海角周围的大气环流的中尺度动力学，该海角代表了美国西北海岸典型的夏季环流，使用中尺度海洋-大气耦合模拟系统进行研究。地形风极大值的特征是在海角下游向海延伸几百公里的强烈西北气流，它紧跟着海角背风面发展的中尺度地形低压。最大风速和背风槽都经历了明显的昼夜循环，其特征是当地傍晚时分的最大西北气流和最小气压（早晨时段的相反相位），并通过有限的浮标和沿海站的观测得到证实。在海角背风侧的沿海海洋上空的大气边界层的垂直结构表明，在白天的过程中，位温和风的特征向下传播，而不是传统的表面驱动的大气边界层的发展。动量分析表明，近地面的局部气压梯度变化很大，这取决于相对位置的海角。强扰动相对渦度顺风的海角支持的假设，山区动力学有一个关键的作用，在建立风制度周围的海角。敏感性研究表明，沿海地形海拔高度的形成和强度的背风槽和风最大。较高的沿海地形被发现造成较大的分离的上升流前（射流）从海岸顺风的海角。
2013-11-08 physics.ao-ph
Ocean Wind Wave Climate Responses to Wintertime North Atlantic Atmospheric Transient Eddies and Low Frequency Flow
研究了1980 - 2016年北大西洋冬季大气瞬变涡旋和低频流对海洋表面波气候的贡献。我们进行了一组数值模拟与一个国家的最先进的谱波模式Wavewatch III强迫分解风场来自ERA-Interim再分析（0.7°水平分辨率）。天气尺度过程（2-10天的带通风）被认为对沿北美和格陵兰岛西部海岸的中纬度北大西洋西部的风浪的形成有最大的影响。北大西洋东部被认为是由低频强迫（>10天带通风）的组合贡献高达60%，天气过程贡献高达30%的平均波高的影响。中纬度风暴路径的变化被发现有一个直接的关系，波高变化的东部和西部边缘的北大西洋，特别是意味着在北美东海岸的气旋形成和波高异常之间的关联。利用波浪分析定义的波高状态的变化反映在其分布的出现异常中。结果突出的主导作用，在中纬度北大西洋东部的海洋表面波气候学的瞬变涡旋本地和通过关联与气旋形成在西部的盆地。这些结论提出和讨论，特别是在长期的风暴路径的变化，预计作为一个可能的应对气候变暖在未来的世纪。
2018-09-07 physics.ao-ph
Statistical Modeling for Wind-Temperature Meteorological Elements in Troposphere
本文提出了一个对流层水平风和温度垂直廓线的综合统计模式。该模型是基于无线电探空仪测量的风和温度在几年。在完全不同的大气条件下测量的剖面表现出定性的相似性，并且适当选择风、温度和高度水平的参考尺度允许将测量数据视为具有普遍特征的随机过程的实现：主成分分析的变换系数的标准分布的平均值、基本函数和参数。大气条件的特征由尺度参考尺度的风温集合的统计特征描述。所提出的方法的高效率是由风-温度垂直廓线的相似性提供的，其允许在风、温度和高度水平的维度参考尺度的低维空间中进行统计建模。高空联合风温分布的知识为模拟实际大气条件下的各种物理过程（如被动标量或杂质的传输、电磁波穿透、内波不稳定性、向湍流的转变等）开辟了广阔的前景。
2010-12-19 physics.ao-ph
Atmospheric rivers as Lagrangian coherent structures
研究表明，北大西洋丝状大气河流与大尺度风场中吸引拉格朗日相干结构密切相关。LCS代表了不断发展的流中的吸引线，对所有被动示踪剂都有重大影响。利用时间李雅普诺夫指数（FTLE），从大气再分析资料的水蒸气通量导出的二维流场中提取LCS，并与从风场得到的三维LCS进行比较。我们将典型的丝状水蒸气模式的AR与LCSs，并发现LCSs绑定的长丝的背面。来自热带纬度的水蒸气的被动平流输送是潜在可能的。
2015-01-05 physics.ao-ph
Physics Informed Reconstruction of Four-Dimensional Atmospheric Wind Fields Using Multi-UAS Swarm Observations in a Synthetic Turbulent Environment
School of Aerospace and Mechanical Engineering, University of Oklahoma, Norman, OK 73069, USA（航空航天与机械工程学院，俄克拉荷马大学，诺曼，OK 73069，美国）
本研究利用多无人机群观测和物理信息神经网络，在合成湍流环境中实现高精度四维大气风场重构。
2026-01-29 cs.LG cs.SY eess.SY
Ultra-sensitive heterodyne detection at room temperature in the atmospheric windows
本研究在4.8 μm和9 μm大气窗口下实现了室温量子级联激光器外差探测，通过主动相位锁定技术使噪声等效功率降至几pW，比直接探测低六个数量级。
2024-12-23 physics.ao-ph physics.app-ph physics.ins-det
A study of daytime convective vortices and turbulence in the martian Planetary Boundary Layer based on half-a-year of InSight atmospheric measurements and Large-Eddy Simulations
研究大气行星边界层（PBL）对了解行星的气候至关重要。InSight上的仪器在纬度4.5 $^{\circ}$ N处进行的气象测量为研究火星上白天PBL的活跃湍流动力学提供了独特的丰富数据集。在这里，我们使用InSight操作的前400个溶胶（从北半球的冬末到仲夏）中的高灵敏度连续压力，风，温度测量来分析火星白天PBL中的阵风，对流单体和漩涡。我们将InSight测量结果与连续分辨大涡模拟（LES）进行了比较。洞察号着陆点的白天PBL湍流非常活跃，对流单体的特征清晰可见，记录了6000次涡旋遭遇，可用指数为3.4的幂律充分表示。虽然InSight遇到的涡旋的每日变化可以通过湍流的统计性质来解释，但季节性变化与环境风速呈正相关，这得到了LES的支持。然而，阵风是正相关的地面温度，而不是环境风速和感热通量，确认白天火星PBL的辐射控制，和较少的对流涡形成LES时，背景风加倍。因此，InSight着陆点涡旋遭遇的长期季节性变化主要受环境风速对流涡旋平流的控制。LES中形成的涡旋所遵循的典型轨迹在方向和长度上显示出与轨道图像相似的分布。
2020-11-04 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.flu-dyn
The Impact of a Reduced High-wind Charnock Parameter on Wave Growth With Application to the North Sea, the Norwegian Sea and the Arctic Ocean
随着大气模式向更高的分辨率和更小的尺度发展，最大模拟风速也趋于增加。调整到粗糙风场的波浪模型往往会高估强风下的波浪增长。最近开发的半经验参数化的Charnock参数，它控制的粗糙度长度超过表面波，大大减少了空气动力阻力波在大风（高于30米/秒的阈值）。在这里，我们将该公式应用于最新版本的波浪模型WAM（周期4.7），该模型使用Ardhuin等人（2010）的物理参数化的修改版本以及子网格障碍物，以在复杂地形周围获得更好的性能。新的Charnock配方测试风强迫NORA 3，最近完成的全球再分析ERA 5北海，挪威海和巴伦支海的非流体静力大气降尺度。这种高分辨率的大气模式集成往往有更强的（和更现实的）上百分位数的风比通常在粗糙的大气模式。两年（2011-2012年）对照运行与修改后的Charnock参数运行的比较显示，在大风情况下，波高偏差显著降低。与早期的WAM物理相比，新物理增加的计算成本和Charnock参数的减少是适度的（14%）。一个较长的（1998年至2020年）后报集成与新的Charnock参数被发现比较以及对现场和高度计波测量的中间和高海况。
2022-03-14 physics.ao-ph
Local Wind Regime Induced by Giant Linear Dunes: Comparison of ERA5-Land Reanalysis with Surface Measurements
沙丘的形成和发育是地形、风、沙相互作用的结果。虽然这些变量之间的反馈在一个单一的和相对较小的沙丘的规模进行了很好的研究，一个周期性的大规模沙丘模式对大气流动的平均影响仍然受到很大的限制，由于迫切缺乏数据在主要沙海。在这里，我们比较当地的地面风的ERA 5-土地气候再分析的预测在纳米比亚的四个地点，无论是内部和外部的纳米布沙海的巨大的线性沙丘领域。在沙海以北的沙漠平原上，观察结果和预测结果非常一致。白天沙海沙丘间地区也是如此。然而，在夜间，一个额外的风分量与巨大的沙丘方向一致的测量，与ERA 5-土地再分析预测的东风相反。对于给定的沙丘方向和测得的风况，我们将观测到的风偏差（超过50 \textdegree）与湍流大气边界层的日循环联系起来。在夜间，一个浅的边界层在巨大的沙丘上方引起流动限制，导致大的流动偏差，特别是对于较慢的东风。在白天，由于边界层较厚，风速较高，巨型沙丘对大气流动的反馈要弱得多。最后，我们建议，约束机制和相关的风偏转引起的巨型沙丘可以解释较小规模的次级沙丘，它在沙丘间地区的主要沙丘模式的倾斜伸长的发展。
2022-08-30 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Forecasting surface layer atmospheric parameters at the LBT site
在本文中，我们量化的大双筒望远镜（LBT）网站上实现的自动天气预报系统的性能。格雷厄姆（亚利桑那州）在预测接近地面的主要大气参数。该系统采用中尺度非静力数值模式（Meso-Nh）。为了验证该模型，我们比较的预测风速，风向，温度和相对湿度接近地面的测量仪器安装在望远镜圆顶的相应值。这项研究是在一个大样本的夜晚均匀分布在两年。使用经典统计算子（偏倚、RMSE和$σ$）和列联表进行定量分析，允许提取补充关键信息，例如正确检测百分比（PC）和在定义的值区间（POD）内获得正确检测的概率。研究结果表明，该模式对上述大气参数的预报效果很好，在某些情况下甚至是极好的：温度的RMSE小于1° C，相对湿度为14%，风速约为2.5m/s。根据风速条件，风向的RMSE的相对误差在9%到17%之间变化。这项工作是在ALTA（高级LBT湍流和大气）中心项目的背景下进行的，该项目的最终目标是提供所有大气参数和光学湍流的预测，以支持LBT观测，自适应光学设施和干涉测量设施。
2017-01-25 astro-ph.IM physics.ao-ph
WIND: Weather Inverse Diffusion for Zero-Shot Atmospheric Modeling
Munich Climate Center（慕尼黑气候中心）；Earth System Modelling Group, TUM School of Engineering（地球系统建模组，技术大学工程学院）；Design, Technical University of Munich, Germany（设计，慕尼黑技术大学，德国）；ELLIS Unit, LIT AI Lab, Institute for Machine Learning, JKU Linz, Austria（ELLIS单元，LIT人工智能实验室，机器学习研究所，JKU林茨，奥地利）；Emmi AI GmbH, Linz, Austria（Emmi AI GmbH，林茨，奥地利）；Potsdam Institute for Climate Impact Research, Potsdam, Germany（波茨坦气候影响研究所，波茨坦，德国）；Department of Mathematics, University of Exeter, Exeter, United Kingdom（数学系，埃克塞特大学，埃克塞特，英国）
本文提出WIND，一种统一的预训练基础模型，能够无需任务特定微调即可替代各种任务的专用基线，通过自监督视频重建目标预训练，实现了对大气的鲁棒、任务无关的先验学习，从而解决天气和气候问题，如概率预报、空间时间降尺度、从稀疏观测重建空间场以及强制全球干空气质量守恒。
2026-05-19 cs.AI cs.LG physics.ao-ph
A sustained oscillation in a toy-model of the coupled atmosphere-ocean system
利用两个理想化的低阶谱模式，研究了中纬度大气环流与海洋风驱动环流的相互作用。正压Charney-DeVore三分量模式模拟了一个中纬度双模态大气环流，该环流在一个由地形诱导的具有两种稳定流型的通道中。风驱动的海洋双环流在一个正方形盆地（一半的通道长度）模拟的Veronis模型的21个组件，它捕获Rossby波动力学和非线性十年变化的等效正压配方。当耦合时，大气通过风应力强迫海洋，同时，海洋通过涡度源的热力强迫影响大气。耦合的大气-海洋模拟显示两个稳定的流动模式与地形诱导的大气双峰和持续的振荡，由于大气双峰和海洋Rossby动力学之间的相互作用。这种振荡具有年际到年代际的周期性，并发生在相当宽的参数范围内。
2011-06-09 physics.ao-ph
Large-eddy Simulations of the Atmospheric Boundary Layer over an Alpine Glacier: Impact of Synoptic Flow Direction and Governing Processes
山地冰川的物质平衡对若干应用（当地水文或气候预测）很有意义，湍流通量可能是强烈融化事件期间冰川表面物质平衡的重要因素。底层复杂地形导致湍流通量的空间非均匀性和非平稳性。由于热诱导流和重力波的作用，交换机制是完全三维的，而不仅仅是垂直的。此外，冰川有自己独特的小气候，由冰川下降风控制，保护冰川冰并在多个尺度上与周围的流动相互作用。在这项研究中，我们进行大涡模拟与WRF模式与dx=48米，以了解边界层过程的阿尔卑斯山谷冰川，Hintereisferner（HEF）。我们从测量活动（2018年8月）中选择了两个具有不同天气风向（西南和西北）的案例研究。模型评估与冰舌和周围环境的涡流协方差站的阵列显示，WRF是能够模拟一般的冰川边界层结构。在西南气流下，下冰川风由西南天气风向支持，在冰面上存在稳定的边界层，并且当地过程控制湍流动能的产生。在西北气流作用下，跨冰川谷流和破碎重力波导致强烈的湍流混合，并导致冰川边界层的侵蚀。感热通量的平稳性分析表明，两个案例研究天的非平稳行为，而非平稳性是最高的西北天在重力波事件。这些结果表明，天气风向，除了上游地形和大气稳定度，有很大的影响，对当地的冰川边界层能否形成或不，影响冰川是否能够维持自己的小气候。
2021-08-25 physics.ao-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
DiuSST: A conceptual model of diurnal warm layers for idealized atmospheric simulations with interactive SST
针对现有平板海洋模型无法捕捉日海表增温风依赖性的问题，提出显式深度分辨的上层海洋温度动力学模型DiuSST，经贝叶斯校准后性能与精细参数化模型相当，可作为理想化大气模拟的交互式边界条件。
2024-06-18 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
A high-resolution hindcast of wind and waves for The North Sea, The Norwegian Sea and The Barents Sea
基于ERA-40再分析的高分辨率大气降尺度和波浪后报，覆盖了挪威海、北海和巴伦支海。所涉期间为1957年9月至2002年8月。动态大气降尺度是作为一系列短期预报运行进行的，这些运行是从ERA-40和以前的预报运行的混合中初始化的，以保留高分辨率模式的精细尺度表面特征，同时保持ERA-40的大尺度天气场。嵌套WAM波模型后报包括一个粗略的50公里的模式，覆盖北大西洋强迫与ERA-40风和嵌套的10-11公里分辨率的模式强迫与降尺度风。与现场和卫星观测的风和海况的比较表明，在ERA-40上，风矢量的平均值和上风向以及显着的波高有显着的改善。平均波周期也有所改善。ERA-40在风速和显着波高方面存在偏差，这种偏差不会通过缩小尺度来重现。大气降尺度也再现了ERA-40无法分辨的极地低压，但由于降尺度无法捕捉其整个生命周期，因此这些低压太弱且持续时间短。
2011-11-03 physics.ao-ph
Zonal-mean atmospheric dynamics of slowly-rotating terrestrial planets
利用数值模拟和纬向对称理论分析了理想类地行星的纬向平均大气流场，着重讨论了行星低自转速率的极限。被认为是两个版本的纬向对称理论，标准的Held-侯模型，其特点是不连续的纬向风在边缘的Hadley细胞，和一个变量与连续的纬向风，但不连续的温度。这两个模式对边界纬度和纬向风的标度不同。数值模拟被发现有平滑的温度分布比任何一个模型，没有温度或速度的不连续性，即使在带状对称模拟。连续性的实现，因为最大纬向风点的翻转环流极向的存在，这使得纬向速度剖面比原来的理论更平滑，没有温度的不连续性的变体理论。纬向对称的模拟一般落在两套理论尺度之间，并且具有比任何一套都快的极纬向流。允许涡流运动的三维模拟更接近变体模型的缩放。在非常低的自转速率下，最大纬向风随行星自转速率的下降而下降，即使在三维模拟中也是如此，并且在零自转时完全崩溃。然而，翻转环流的低旋转极限足够强，以驱动温度分布接近于接近恒定位温的状态。
2018-06-27 astro-ph.EP physics.ao-ph
A Minimized Mutual Information retrieval for simultaneous atmospheric pressure and temperature
美国航天局和欧空局在火星痕量气体轨道器（TGO）方面的合作主要侧重于利用掩星傅里叶变换光谱仪探测大气痕量气体的时空变化。为了从这些测量中检索任何痕量气体混合比，必须准确地知道大气压力和温度。因此，提出了一个原型检索模型，用于从宽带高分辨率红外傅里叶变换光谱仪实验中确定压力和温度，该实验以太阳为源，搭载在绕火星轨道运行的航天器上。结果表明，在不考虑状态空间参数先验信息和其他约束条件的情况下，利用正则化总体最小二乘法和选择的微窗口对，可以从遥感光谱测量中唯一地求解压力和温度。合适的微窗口对的选择是基于信息内容分析。一个比较的信息含量计算使用贝叶斯理论和超空间制定了解测量中可用的信息。利用互信息最小化的方法寻找合适的微窗口，同时反演压力和温度。
2010-12-21 astro-ph.IM physics.ao-ph
Mathematical Exploration of Earth Gravitational Field Impact on Seasonal Wind Flux in a Tropical Region
Nigeria Institute of Soil Science（尼日利亚土壤科学研究所）；Institute of Biopaleogeography named under Charles R. Darwin（以查尔斯·达尔文命名的生物古地理学研究所）；University of Abuja（阿布贾大学）；Federal University of Lafia（拉菲亚联邦大学）；Sam Higginbottom University of Agriculture, Technology and Sciences（萨姆·希金博特姆农业、技术与科学学院）；University of Port Harcourt（波特哈科特大学）
本研究利用纳维-斯托克斯方程、傅里叶分解和皮尔逊相关系数，分析2010-2020年尼日利亚气象与GRACE卫星引力数据，发现引力变化与风通量呈强正相关（0.79-0.87），表明引力对季风模式有调制作用。
2026-07-03 physics.ao-ph
Scavenging of atmospheric ions and aerosols by drifting snow in Antarctica
本文报道了在南极Maitri沿海观测站发生一场暴风雪后的一段飘雪期间，对小、中、大离子浓度和气溶胶电流密度的测量，以及对粒径在4.4 ~ 163 nm和0.5 ~ 20 μ m范围内的气溶胶粒子浓度和粒径分布的同时测量。当风速从5米/秒增加到10米/秒时，所有种类的离子浓度和空气流同时降低大约一个数量级。大离子的下降速率最高，小离子的下降速率最低，中间离子的下降速率介于两者之间。随着风速的增大，气溶胶总数浓度在4.4 ~ 163 nm粒径范围内减小，在0.5 ~ 20 μ m粒径范围内增大。在整个观测期间，纳米颗粒的粒径分布在30 nm处有一个占主导地位的极大值，极大值的高度随风速的增大而减小。然而，较大的颗粒在0.7微米直径处显示出最大值，但最大值的高度随着风速的增加而增加。这一结果可以用雪粒子对大气离子和气溶胶的清除作用来解释。
2009-06-15 physics.ao-ph physics.geo-ph
Similarity theory and calculation of turbulent fluxes at the surface for the stably stratified atmospheric boundary layers
在本文中，我们修改了相似理论的稳定分层大气边界层（ABL），制定了解析近似的风速和位温廓线在整个ABL，验证他们对大涡模拟和观测资料，并开发了一个改进的表面通量计算技术，用于业务模式。
2006-12-21 physics.ao-ph
Ensemble-based, large-eddy reconstruction of wind turbine inflow in a near-stationary atmospheric boundary layer through generative artificial intelligence
National Renewable Energy Laboratory（国家可再生能源实验室）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）
本文提出一种基于扩散模型与大涡模拟融合的“大涡重建”技术，用于生成风力涡轮机入流的概率性集合重建，并在合成与真实案例中验证了其逐秒重建精度。
2024-10-17 cs.AI physics.ao-ph
KiloDA: Reconstructing kilometer-scale near-surface wind states from sparse station observations
Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院大气物理研究所）；China Key Laboratory of Earth System Numerical Modeling and Application, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院大气物理研究所地球系统数值模拟与应用重点实验室）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
KiloDA利用扩散模型从历史WRF预报中学习风场结构，仅用稀疏站点观测重建千米尺度近地面风，在留出区域将风速RMSE较ERA5降低19%。
2026-09-11 physics.ao-ph
A Qualitative Description of Boundary Layer Wind Speed Records
大气的复杂性使其具有湍流的特性，大气边界层（ABL）中的风速变化表现出高度不规则的波动，并在很大的时间和空间尺度上持续存在。尽管在微尺度湍流方面有大量重要的工作，但了解大气风速变化的统计数据已被证明是难以捉摸和具有挑战性的。关于ABL处风速性质的知识对气象学、水文学、农业、污染物扩散以及更重要的风能发电等几个研究领域具有深远的影响。在本研究中，时间风速记录从分布在整个北达科他州（ND，美国），（$\sim$ 70,000平方英里）和跨越近八年的时间跨度。我们发现，这些记录表现出一个特征广泛的多重分形谱，无论地理位置和地形。来自极地地区、墨西哥湾和北太平洋的具有不同质量特征的气团的快速前进解释了ND当地天气系统的不规则变化。我们推测，观察到的多重分形结构的主要原因之一可能是不规则的复发和汇合，这三个空气质量。
2006-04-04 physics.ao-ph
Halley's Wind: Reappraising a Centuries Old Theory for the Trade Winds
埃德蒙·哈雷（Edmond Halley，1656-1742）在哥白尼革命后半期的天文学工作为日心说的科学证明和广泛接受做出了重大贡献。也许最著名的例子是他对以他的名字命名的彗星回归的预测。哈雷也因在1686年对地球大气环流的错误描述而闻名，特别是热带地区东风信风的原因。根据最新的数据和模型，哈雷提出的解释的“错误”的概念被重新考虑时，投在流行的宇宙学模型的环境。哈雷机制的关键成分是气候系统的热惯性，这一点在当时被哈雷和他的同时代人低估了。一些作者认为，哈雷关于大气环流的观点是第一个“超越托勒密气候观”的观点。具有讽刺意味的是，哈雷的解释基本上是正确的，但只是在托勒密（地心）宇宙中。
2018-01-02 physics.ao-ph physics.hist-ph
