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基于STMAS三维实况分析的浙江省低空风环境特征及危险天气时空分布研究

低空风场特征；STMAS多源资料融合；低空风切变；危险天气；客观分型

主题3 技术、台站、交叉 > 专题3.2 风能太阳能气象

本文面向浙江低空经济发展背景下低空飞行活动与风环境评估需求，基于STMAS多源资料融合技术，融合4000余个自动站和32部S波段雷达观测资料，构建了2022–2024年春季浙江地区30 min、约3 km、25 hPa分辨率的低空三维实况分析资料。在此基础上，重点分析了3000 m以下风场、温湿结构及低云条件的空间分布与日变化特征，并重点评估了低空风环境及其对飞行运行的潜在影响。结果表明，浙江春季低空气象场受复杂地形、海陆差异及边界层演变共同影响，呈现显著三维非均匀性，其中整体表现为南暖北冷、沿海更湿，风速随高度明显增大，浙东沿海和海岛区域整体风速较大，表现出较为突出的低空风能特征，而浙西山地及丘陵-盆地过渡区风场的垂直和水平变化更为剧烈。夜间至清晨边界层稳定、湿度偏高，低云、雾及低能见度更易维持；午后边界层发展增强，近地层阵风及湍流活动更为显著，低空风环境复杂度明显增加。进一步地，本文建立了低空大风、低空风切变、飞行器积冰和低能见度等危险天气的物理阈值及客观识别方法，并开展了风险频率统计与空间区划。结果表明，浙江低空风环境高风险区域与高风速区域具有一定对应关系：地面及低空大风高风险区主要位于浙东沿海和海岛，低空风切变高风险区主要分布于浙西山地及丘陵—盆地过渡带，低能见度分布范围较广，而积冰风险总体较低，仅在浙北中低层局地存在一定概率。最后，针对低空风切变局地性强、成因复杂的问题，本文选取风切变事件发生时的ERA5位势高度场，联合925、850、700和500 hPa关键层，采用EOF提取主要环流模态，并结合K-Means聚类及轮廓系数筛选开展客观分型与合成分析。结果表明，浙江春季低空风切变主要对应两类典型环流背景：一类为低层槽前强梯度控制的底层切变型，另一类为中高层西风带控制下的边界层顶切变型。前者主要由槽前气压梯度、摩擦减速及下垫面差异共同作用形成，后者则与夜间稳定层结下边界层与自由大气之间的动量跃变密切相关。研究结果揭示了浙江春季低空风场分布、风环境风险及其形成机制的区域差异，可为低空风环境评估、飞行运行保障及低空资源开发利用提供科学依据。