西太平洋热带海域湍流通量以及海面粗糙度和曳力系数的观测研究

本文利用1987年西太平洋热带海域考察期间系留气艇所取得的廓线资料,用相似理论半经验的通量-廓线关系,给出这一海域的湍流热通量和动量通量,并且对海面粗糙度长度Z_0,曳力系数C_D及其与风速的关系等作了初步的研究,给出了一些经验公式,并与其他研究者的研究结果作了比较。     

西太平洋热带海域厄尔尼诺年和非厄尔尼诺年期间湍流通量输送的不同特征

本文根据海洋科考船“实验三号”1986—1989年在西太平洋热带海域、使用系留气艇探测系统观测的140多次温度、湿度和风等廓线资料,利用Monin-Obukhov相似理论的半经验通量-廓线关系,计算给出该海域的动量通量M(特别是曳力系数C_D)、感热通量H_S和潜热通量H_L以及海表温度T_S和Richardson数Ri.结果表明:它们有明显的年际变化;感热通量H_S和潜热通量H_L与海表温度T_S呈明显正相关;曳力系数C_D与风速和Richardson数Ri也有明显相关关系,当风速一定时,C_D值随着Ri值的减少(Ri<0时的不稳定情况)而增加,而当Ri值不变时,C_D值随着风速值的增加而增加.     

西太平洋热带海域动量、感热和潜热等湍流通量的观测研究

本文根据中国科学院“实验3号”科学考察船1986年10月至12月在菲律宾以东60多万平方公里辽阔的西太平洋热带海域6个连续测站上(146°E,0°;145°E,0°;150°E,0°;140°E,5°N;145°E,5°N;150°E,5°N),使用我国自行研制的小型系留气艇探测系统观测到的大气温度、湿度、气压和风等廓线资料,利用相似理论的通量-廓线关系,给出这一海域的动量通量(特别是曳力系数C_D)、感热通量和潜热通量。结果表明,这一海域上的曳力系数值C_D=(1.53±0.25)×10~(-3);该海域总是将其贮存的热量以感热形式特别是以潜热形式输送到大气中(其中感热输送仅占10％,其余主要为水汽潜热输送),使该海域成为地球上不可多见的热源。     

2002年南海夏季风爆发期间南海北部海气通量分析与比较

基于2002年南海夏季风期间西沙海气通量观测试验, 采用梯度廓线法计算了观测期间的动量通量、潜热通量、感热通量及其相关要素, 并进行了分析与对比.结果表明: 南海夏季风爆发前后, 南海北部海气通量及其相关要素等都存在显著差异, 不同天气形势下也有较大变化; 南海北部海域在全球海气相互作用中的影响可能不如西太平洋显著; 平均而言, 三次试验的南海北部海气通量变化较小, 感热通量与潜热通量之间存在比较稳定的比例关系, 鲍恩比(Bowen Ratio)维持在大约0.05.     

2009年7月青藏高原的天气观测资料及其与T639资料的对比分析

本文将2009年7月高原考察获得的一些观测资料与T639资料进行对比分析,得到以下结论:通过比较拉萨、那曲、定日三地探空观测和T639资料给出的风场、湿度场和温度场廓线发现,两者给出的风场廓线形态比较一致,风速大小略有差异;整层相对湿度的差异都很大,尤其是0000UTC时刻相对湿度廓线的形态和值都与探空观测有着显著差异,几乎没有体现出逆湿的特性;温度场的差异主要体现在边界层大气中。地面自动站资料与T639地表资料的比较结果是,T639资料给出的高原腹地大部分区域温度和比湿都比观测值偏低,而风速的分布形态存在显著差异。地表通量的日变化特征显示,由于下垫面状况的差异,拉萨与林芝和青海湖地区相比,感热通量和动量通量大些,潜热通量小些。      

临近绿洲的沙漠上空近地面层内水汽输送特征

1991年7月在HEIFE实验区沙漠站进行了一次水汽输送观测实验。观测发现近地面层内比湿廓线常常出现极小值，该极小值高度为零水汽通量面的高度。这个高度以上水汽向下输送，廓线呈逆湿特征，这个高度以下水汽向上输送，廓线呈蒸发特征。沙漠上空近地面层内水汽不是常通量，在一个固定高度上观测到的水汽通量和“潜热通量”不能代表地面的蒸发量和潜热通量。     

大气模式中表面水热通量计算的一些问题

对现有的大气模式中计算海面和大气间水、热通量的通量-廓线关系式进行了评论,提出一个理论上较完整的通量-廓线关系式。其中考虑了水汽对M－O参数的影响,并引进相应于虚位温的标量粗糙度。MoanaWave的实测资料表明,由于该资料相应于温度的粗糙度zoh和湿度粗糙度zoq相差不大,使现有的公式计算结果与文中提出的公式差别不大。当zoh,zoq差别大时,两种公式结果有一定的差别。而文中公式理论上更为合理。还将不稳定状态下计算通量的简化方法推广到海面。     

FY-2D静止气象卫星OLR反演模式

介绍FY-2D卫星OLR反演模式的建立过程以及模式与NOAA卫星OLR反演模式的相互对比,包括:地球大气红外辐射传输方程,全球3812条大气廓线的大气顶射出辐射率、射出长波辐射通量密度的模拟计算,3812条廓线FY-2D窗区通道1、2、水汽通道的通道辐射率模拟计算,通道辐射率的临边变暗订正关系式的确立、3个通道波段的窄波段辐射通量密度的模拟计算.通过3812条廓线的窄波段辐射通量密度与OLR的X-Y坐标散点图,建立OLR回归关系式;并通过NOAA-17 AVHRR通道5 OLR反演模式与FY-2D窗区通道2 OLR反演模式形式的互比,得出两星的OLR反演模式接近,给出2007年2～4月OLR产品个例和产品精度分析.     

MM5中新边界层方案的引入和对比试验

本文介绍了一种新的边界层方案，即E－ε－1方案，并用五种层结下的通量廓线关系计算地面通量，将其引入到中尺度数值天气预报模式MM5中，并用新的边界层方案对江淮流域存季暴雨进行了短期模拟，与此同时，对新的方案和模式原有的各种边界层方案作了比较，对此得到了一些有价值的结果。     

不同下垫面湍流输送计算方法的研究

文章应用三种不同下垫面近地面层风速和温度梯度资料，代入风速和温度廓线公式，迭代求得感热通量及热量交换系数。确定Kh /Kw与稳定参数ξ的关系式。分别利用空气动力学方法和波文比能量平衡法计算潜热通量，并进行了比较。     

云雷达联合微波辐射计反演混合性降水层云液态水含量的方法研究

单独利用云雷达反演液态含水量(LWC)廓线,由于降水粒子与冰相粒子的影响,反演结果误差较大。单独利用微波辐射计反演LWC廓线,由于无法得到云的垂直结构,结果也不理想。在云雷达联合微波辐射计反演暖云LWC廓线方法的基础上,根据回波强度区分云滴粒子与降水粒子,根据温度区分云滴粒子与冰相粒子,建立粒子分布模型,提出了利用云雷达回波强度数据与微波辐射计液态水路径数据(LWP)联合反演混合性降水层云LWC廓线的算法,基于2014年6月6日与7日两次混合性层云降水个例,联合反演LWC廓线,分析了该联合反演算法的稳定性和合理性,结论如下:(1)与直接用单一Z-LWC经验关系的方法相比,根据联合反演算法,剔除回波强度中的冰相粒子信息,区分云滴粒子和降水粒子,并采用不同Z-LWC经验关系的方法更加合理。(2)影响联合反演算法的7个参数(非降水粒子Z-LWC经验关系的系数a_1与b_1等)中,降水粒子Z-LWC经验关系系数a_2与b_2的改变对联合反演算法结果影响稍大,偏差在20%~30%左右,而其他参数的改变对结果的影响很小,偏差小于5%,联合反演算法的稳定性较好。(3)联合反演得到的LWC廓线与微波辐射计输出的LWC廓线相比,廓线分布更为合理。     

近地层湍流通量计算及几种塔层风廓线模式的研究

利用近地层风廓线的积分形式和平均场资料计算了表征湍流通量和热量通量特征量。u_*和T_*.得到了几种稳定度条件下利用两层风、温实测资料计算u_*和T_*的方法,可以普遍应用. 本文还用铁塔风速资料对目前广泛采用的几种中性和非中性湍流交换系数分布模式代入运动方程得到风廓线计算公式并进行了研究.给出了误差范围.认为:不稳定时用Yamamoto的K_m模式导出的风廓线公式以及中性和稳定时用Yokoyama的K_m模式导出的风廓线公式与实测廓线比较符合,且计算比较简便.     

中国东部大气温湿廓线特征及其对辐射收支计算影响的分析

辐射平衡是气候决定性因素之一, 温湿廓线对辐射计算有重要影响。利用中国东部地区1960—2008年74个探空站资料, 将SBDART（Santa Barbara DISORT Atmospheric Radiative Transfer）辐射传输模式自带的大气温湿廓线和探空测得的实际大气温湿廓线进行对比, 并代入SBDART模式中, 分别计算晴空条件下不同温湿廓线对辐射通量的影响。结果表明:（1）中国东部地区的大气温湿廓线有明显的区域和季节特点;（2）模式地面向下辐射通量与实际相比有较明显差异, 尤其是在东北地区的冬季、中东部地区的夏季和华南地区的冬季, 差值达20—35 W/m2, 相对误差达2.01%—3.18%;（3）在东北地区的冬季、中东部地区的冬季以及华南地区的夏、冬季, 模式计算的大气顶向上辐射通量与实际相比差值达10—22 W/m2, 相对误差可达3.67%—8.94%;（4）模式与实际辐射加热率的差值在0.03—0.29 K/d。研究表明, 模式自带的大气温湿廓线区域和季节划分并不够细致, 不足以代表中国东部地区各个区域及季节的温湿特点。建立一套中国东部地区的大气标准廓线可以为辐射模拟提供更准确的输入量。      

FY 2D静止气象卫星OLR反演模式

介绍FY2D卫星OLR反演模式的建立过程以及模式与NOAA卫星OLR反演模式的相互对比,包括：地球大气红外辐射传输方程,全球3812条大气廓线的大气顶射出辐射率、射出长波辐射通量密度的模拟计算,3812条廓线FY2D窗区通道1、2、水汽通道的通道辐射率模拟计算, 通道辐射率的临边变暗订正关系式的确立、3个通道波段的窄波段辐射通量密度的模拟计算。通过3812条廓线的窄波段辐射通量密度与OLR的XY坐标散点图,建立OLR回归关系式;并通过NOAA17 AVHRR通道5 OLR反演模式与FY2D窗     

云三维结构对加热率廓线及通量影响的模拟

大气加热率强度与结构是驱动全球大气环流的关键因素,实际加热率分布与云三维结构密切相关。作者使用三维蒙特卡洛辐射传输模式,模拟计算了云分辨模式所得3个典型三维云场的加热率廓线及通量;定义了两个参数来同时描述加热率廓线的垂直分布和强度,通过与独立像素近似算法对比,定量统计分析了高分辨率下云三维结构对辐射的影响。结果表明,在高分辨率条件下云三维结构对加热率廓线和通量影响十分显著,且不同结构云场所体现的影响各具特点,提出需要考察现有大气模式中云三维结构对当前所用加热率计算方案的订正方向。     

农田植被层上通量—廓线关系的研究

以莫宁－奥布霍夫相似理论为基础，利用风温梯度观测资料，采用迭代方法确定湍流特征参量Ｕ、Ｔ、Ｌ和廓线参数β、γ，得出了适用于确定农田植被层上方风温廓线和湍流通量的普适函数半经验表达式；分析讨论了大气层结稳定度与风湿廓线曲率、廓线参数以及普适函数的关系。     

热平流影响下湿润地表的通量-廓线关系

在有热平流影响的湿润地表，对Businger-Dyer创立的经典通量—廓线关系作了简单的非线性作用修正。并利用热量和水汽输送方程两种不同简化方程分别对非线性修正因子α'V进行了理论分析和讨论，表明在热平流影响下的湿润地表α'V<1，且由理论方程推导出一个α'V与ζ的简化关系式。最后，用经参数化后得到的α'V表达式和修正后的相似性关系式联立构成的闭合方程组，以及用HEIFE的资料求解出αV及其它特征参数，并且拟合出αV与某些特征参数的经验关系。     

应用FY-3A/MWHS资料反演太平洋海域晴空大气湿度廓线

发展Smith迭代算法,建立适用于微波波段的物理迭代算法。采用搭载于FY-3A卫星之上的微波湿度计亮温数据及矢量辐射传输模式,对我国西北太平洋海域晴空区域的大气水汽廓线进行反演计算。反演得到的水汽廓线与MODIS水汽廓线产品比较,单点结果表明,反演混合比廓线与MODIS水汽廓线趋势一致,下层水汽反演能力较中上层强;500 hPa水汽场反演结果表明,可基本反映水汽干湿中心分布情况,反演水汽混合比值与MODIS产品相比偏低。经统计所有气压层反演结果与MOD07水汽廓线产品相比偏差均控制在5.76 g/kg以内。      

人工植被和流动沙丘近地面层湍流通量的计算

提出了由Ｂｕｓｉｎｇｅｒ建议的无量纲廓线通用函数形式的近地面层稳定度参数ζ的相似方程分析解。代替了以往采用数值迭代法求ζ，并应用于沙漠人工植被和裸露流动沙丘上的实例资料分析。采用目前广泛应用的空气动力学方法，分别计算了动量和热量交换系数，感热和潜热通量，并由波文比－能量平衡方法进行了验证。结果表明：采用Ｂｕｓｉｎｇｅｒ无量纲通量廓线关系形式的近地面层稳定度参数ζ的相似方程分析解，代替以往惯用的数值     

1982年8月—1983年7月拉萨、那曲、改则、甘孜地面热量平衡分析

本文用1982年8月1日至1983年7月31日青藏高原热源观测资料,依据相似性理论,用通量—廓线关系计算了拉萨、那曲、改则、甘孜四站的感热和潜热通量值,辐射平衡用实测值,地表热通量则由5,10cm深度的土壤热通量外推得到。从而得到上述4站的地面热源强度。