夏季金塔边界层风、温度和湿度结构特征的初步分析

利用2004年6～7月在河西走廊金塔陆-气相互作用试验的观测资料,分析了该地区夏季夜间和中午风、温、湿的垂直结构特征,结果表明：夏季夜间,当地面风较小时,金塔绿洲高空可能为偏西风气流,夜间稳定层高度大致在100～190m。夏季中午,当低空为偏东风时,风速随高度的变化比较复杂。总的来说,存在着东风急流,急流高度在1000-4000m之间,大气边界层顶盖（即逆温层底）约在3000-3600m高度,在500-800m高度以下存在绿洲内边界层;当低空为偏北风或西北风时,高空都为偏西风或西北风气流,低空风速随高度的变化比较平缓,风速有时存在极大值,大气边界层顶盖（即逆温层底）在3500m左右,在1200m以下可能存在绿洲内边界层,绿洲内边界层高度有时会很低。     

西北干旱区夏季大气边界层结构及其陆面过程特征

在中国西北干旱区影响大气边界层形成和发展的气候环境和大气环流背景都具有一定特殊性.文中用外场观测试验资料,分析了位于西北干旱区的敦煌荒漠夏季大气边界层气象要素结构特征,发现该地区无论白天的对流边界层还是夜间的稳定边界层均比一般地区更深厚.在夏季晴天,夜间稳定边界层厚度超过900 m,最厚可以达到1750 m,其上的残余层一般能达到4000 m左右的高度;白天混合层最高达3700 m,混合层顶的逆温层顶盖的厚度大约450 m,甚至更厚,对流边界层厚度能够超过4000 m,对流边界层进入残余层后发展十分迅速.研究表明,白天深厚的对流边界层是夜间保持清晰而深厚的残余混合层的先决条件,夜间深厚的残余混合层又为白天对流边界层的发展提供了一个非常有利的热力环境条件.该地区经常性出现连续性晴天使得大气残余层的累积效应得以较长时间持续发展,创造了比较有利于大气对流边界层发展的大气热力环境条件.同时,该地区陆面过程和近地层大气运动特征也为这种独特的大气热力边界层结构提供了较好的支持.就该地区发展超厚大气对流边界层的物理机理而言,地表显著增温是强有力的外部热力强迫条件,近地层强感热通量提供了较充足的能量条件,较大的对流运动和湍流运动的速度是必要的运动学条件,大气残余层的累积效应提供了有利的热力环境条件.     

青藏高原东部及下游地区冬季边界层的观测分析

利用2007年12月的加密探空资料, 对高原东部及其下游地区的边界层结构和高原东部边界层变化对下游大气的影响进行了分析。结果表明, 冬季青藏高原东部夜间近地面逆温层可以发展到平均500 m的高度, 白天混合层可以发展到平均2000 m的高度。白天混合层内水汽和风速混合十分均匀, 在混合层发展成熟时存在十分深厚的逆湿层。冬季青藏高原下游的四川盆地, 边界层内温度日较差小, 夜间逆温层把大量地表水汽截留在近地层, 日出前近地层水汽容易达到饱和。白天, 混合层在中午发展成熟, 平均高度只有300 m。四川盆地对流层下部存在非常强的逆温层, 该逆温层是青藏高原抬升地表加热和冬季盛行西风气流形成的, 逆温层变化是青藏高原东部边界层温度日变化和局地西风变化的共同结果。逆温层显著改变大气动量、 热量和水汽的垂直分布。与对流层下部逆温相联系的中层云对辐射的影响是造成四川盆地温度日较差和混合层高度变化的原因。     

由非季风区向季风区过渡过程中大气边界层结构的变化分析

利用中国西北中部具有代表性的非季风区、夏季风影响过渡区和季风区的7个高空站的2013年夏季晴天07时、13时、19时（北京时）的大气边界层资料,通过分析大气边界层位温、比湿、风速的垂直结构,发现大气边界层结构及厚度在不同区域的分布特征:稳定边界层厚度、残余层顶高度和对流边界层厚度从非季风区、夏季风影响过渡区至季风区出现阶梯性大幅降低,从非季风区至夏季风影响过渡区,以及从夏季风影响过渡区至季风区,对流边界层厚度降幅依次为25.6%和81.8%,稳定边界层厚度降幅依次为58.3%和41.8%;在稳定边界层条件下,可观察到低空急流的存在,非季风区低空急流出现高度明显高于夏季风影响过渡区和季风区,且非季风区的低空急流风速也明显大于夏季风影响过渡区和季风区。通过分析与大气边界层发展最为密切的陆面热力因素在不同气候区的分布,净辐射值、日地-气温差最大值以及感热通量值在非季风区大于夏季风影响过渡区和季风区,从陆面热力过程为非季风区大气边界层厚度大于夏季风影响过渡区和季风区提供了理论依据。     

初夏敦煌荒漠戈壁大气边界结构特征的一次观测研究

利用"西北干旱区陆气相互作用野外观测实验"加强期在甘肃省敦煌市气象站进行的风、温、湿探空观测资料,分析了西北典型干旱区大气边界层的结构特征和变化规律。结果表明,大气边界层厚度总体而言明显偏高,对流边界最高层厚度可超过4000m,稳定边界层也在1000m左右的高度;2750m附近为风向转变高度,其下全为偏东风,其上全为偏西风,这个风向转变高度有一定日变化,在观测的9天内每天的日变化规律保持了很好的一致性;边界层风速切变较大,大多数时候有低空东风急流出现,急流最强可达到近20m·s-1,急流高度在500m左右;边界层内比湿廓线有时在大约500m高处出现逆湿,一般以夜间更为显著。     

西藏那曲地区一次霰过程的大气边界层特征分析

本文利用探空气球加密观测资料和欧洲中心ERA-Interim 0.125°×0.125°再分析资料,对2016年8月29日午后降霰过程进行大气边界层特征分析,与同年8月26日典型晴天个例对比分析,结果表明:降霰过程前,温度0℃线随时间增加而升高,温度递减率分层现象显著,逆温层不明显,边界层多为对流不稳定层结;位温随高度增加而增加,随时间增加呈现5K·(2h)~(-1)的增加趋势;比湿随高度增加而减小,水汽含量较晴天更大;风速随高度呈多层次变化,近地层风速大于晴天同高度风速,边界层顶风速小于晴天边界层顶风速,风向始终以西风为主,随高度不存在大波动;降霰过程前云覆盖量大,云层厚度达4000m,存在复杂垂直运动,近地层为下沉运动,云层内为上升运动。综合以上可以看出那曲29日降霰过程前,08时边界层内存在明显过冷水,边界层顶波动极大,08时存在最大高度(3780m),10时为最低高度(850m)。位温随时间增加而上升,持续积累能量达6h,比湿大于晴天,边界层内风速大于晴天,且随高度变化不大,风向始终以西风为主,存在深厚的云系提供水汽,云内的上升运动和云下的下沉运动是促发霰过程的主要动力机制。     

陕西蒲城第二发电厂建设区污染气象特征分析

根据 2 0 0 4- 0 4- 0 2— 2 3在蒲城电厂建设区取得的大气边界层污染气象资料 ,对建设区地面风场、低空风场、低空温度场和大气稳定度作了分析。得出建设区地面主导风向为南西南( SSW)风 ,日平均风速相对较大 ,1 4时最大为 3 .2 m / s。在 2 5～ 1 5 0 0 m高度之间 ,最多风向和次多风向均以偏西风为主 ,风速随高度的变化较大 ,并呈指数增长。夜间接地逆温非常频繁 ,频率高达 78.8% ,平均强度达 2 .5 7o C/ hm,在 2 0时左右开始形成 ,次日上午 1 1时消退 ,逆温平均厚度在 2 0 0 m以下。低空逆温也表现为夜间出现频繁 ,频率 64.0 % ,白天为 3 6.2 % ,平均强度 1 .60o C/ hm,从 1 7时前后开始逐渐增多 ,0 8时前后最频繁 ,1 1时前后开始快速减少 ,1 4时前后为最少 ,逆温顶高在 60 0 m以下。稳定类天气出现最多 ,混合层平均厚度在 1 2 0 0 m以上 ;不稳定类次之 ,混合层平均厚度仅 1 72 .3 m。总之 ,观测期间建设区白天有利于污染物扩散 ,夜间 3 0 0 m以下不利于污染物向上扩散 ,60 0 m以上扩散条件较好。     

一次北部湾海雾天气过程的大气边界层特征分析

利用常规地面和高空气象观测资料、风廓线雷达和NCEP/NCAR再分析资料,分析了2016年2月11～13日导致北海-涠洲岛航线停航的典型平流型海雾天气过程的环流形势、边界层特征。结果表明:此次海雾天气过程,近地面层风速较小约3～5 m·s~(-1),为东南风;850hPa附近,有12～15 m·s~(-1)的西南风急流;500m以下,具有一定的垂直风切变,水平风切变越小,海雾天气越严重。海雾期间的大气层结为中性状态,混合层厚度低于500m,且混合层厚度越低,能见度也越低,海雾天气越严重。此外,925hPa附近存在逆温层、地面的相对湿度较大(约95%)和温度露点差较小(1～2℃)均是该次海雾天气的明显特征。以上这些大气边界层特征可作为北部湾平流型海雾天气预报的参考依据。     

多模式对美国中部草原大气边界层模拟的对比分析

利用DICE试验的4个大气模式(UM、GEM、LMD和WRF)模拟结果,结合探空资料,对比分析了不同模式对1999年10月23—26日美国中部草原白天对流边界层和夜间稳定边界层的模拟效果。结果表明:对于白天对流边界层,不同模式之间存在明显差异,这与各自的边界层参数化方案密切相关。其中,UM和LMD模式中,边界层和自由大气之间强的卷夹作用导致了偏强的湍流混合,进而使模拟的混合层高度高于观测值;GEM模式模拟的白天湍流混合偏弱,边界层为不稳定的大气层结,且模拟的风速在边界层中随高度基本呈递增趋势,但与观测值差异较大;所有模式中WRF模式模拟效果最佳,成功模拟出24日边界层与自由大气之间的水汽干层和低风速区。对于夜间稳定边界层,不同模式之间差异较小。其中,UM和GEM模式模拟的24、25日夜间低空急流偏弱,而LMD和WRF模式模拟的夜间低空急流更接近实况。     

东疆黑戈壁近地大气边界层气象要素季节变化规律

利用东疆红柳河黑戈壁下垫面陆气相互作用观测站2017年近地大气边界层梯度探测资料和红柳河气象站天气现象观测数据,分析该地区典型晴天条件下的近地层风速、温度和比湿的四季廓线特征。结果表明:四季近地层风廓线变化规律明显。典型晴天条件下,在0.5～4 m高度内风速随高度的增加而变大的速度较快,在4～32 m范围内,白天风速随高度增大较缓慢,但夜间出现快速增大;存在明显的夜间逆温,逆温层主要集中在4～32 m,冬季逆温强于夏季,晨间0.5～32 m间的温度差可达4.6℃,且红柳河四季的气温日较差均较大,秋季可达到15.7℃;夜间比湿高于白天,秋、冬季夜间逆湿层出现在10～32 m,其比湿差为0.15 g/kg左右,夏季无逆湿现象。     

春季晴日蒙古高原半干旱荒漠草原地边界层结构的一次观测研究

在科技部公益专项"沙尘气溶胶辐射模型及气候环境生态效应研究"支持下,执行期间在二连浩特气象站用GFE(L)1型二次测风雷达和GTS1型数字式探空仪,于2006年4月24~25日对内蒙古高原半干旱荒漠化草原地区春季典型晴日边界层特征进行了加密探测。结果表明:二连浩特地区边界层的日变化大,对流边界层最大高度可以达到2000 m,超绝热层平均高度为270 m,夜间稳定边界层高度可达到900 m;白天在4000 m附近存在高空急流,最大风速达到29 m.s-1;夜间近地面层有东风急流,其高度在250 m左右,观测日低空急流最强时间是在23:00,风速达到16 m.s-1;边界层内湿度变化较大,呈现多层逆湿结构。     

南京冬季平流雾的生消机制及边界层结构观测分析

利用系留飞艇边界层要素探测系统等设备,对2006年12月24q7日发生在南京地区的雾日边界层结构进行了综合探测,深入研究了这次平流雾的生消机制及边界层结构。结果表明：此次雾属于比较典型的平流雾,生成和维持主要决定于暖湿气流和系统性下沉运动,消散主要是干冷空气南下造成的;雾项下降阶段出现了双层结构,中层逆温是逆温主层,属于下沉逆温及平流逆温,主逆温层强中心始终位于雾顶附近或处于雾顶之下;风速随高度呈现多峰分布,中层急流与强度较弱的中上层和上层急流合并后,又与下层急流出现了一强一弱的波动;在风速较小时,风场趋于均匀化;雾消散时,低层风场趋于线性化;雾主要的水汽来源是暖湿气流;比湿场与风场有较好的时空分布对应性,主逆温层强中心也是逆湿强中心,风场与温度场共同主导了比湿场的时空分布。     

民勤干旱区冬季浓雾形成的边界层条件分析

利用民勤县气象站过程地面小时观测资料、逐日08时和20时每隔50 m探空资料和NECP再分析资料,对2015年11月9—13日出现在干旱区民勤县的一次罕见浓雾天气过程进行了研究分析。结果表明:前期降水后地面相对湿度增大,为大雾形成提供了必要的水汽条件,稳定的高低层环流配置提供了大雾形成的稳定层结和弱风条件。雾层的厚度和强度与近地面逆温层的强度和厚度、边界层高度、水汽垂直运动以及夜间地气温差绝对值密切相关,边界层高度越高,逆温层越厚,雾层越厚;逆温层越强,夜间地气温差绝对值越小,雾层越强。高空环流形势稳定少动,近地层强逆温层、稳定等温层以及饱和湿层长时间维持,导致此次大雾强度和持续时间异常罕见。     

2018年2月琼州海峡一次持续性海雾过程特征分析

基于逐小时地面常规观测资料、L波段探空资料、风廓线雷达风场资料和日本葵花气象卫星数据及ERA-Interim再分析资料,对2018年2月15—25日琼州海峡持续性海雾过程进行诊断分析。结果表明:此次持续性海雾过程分为4个阶段、3种类型,即15—17日辐射雾、18—20日和24—25日平流雾、22日锋面雾。辐射雾期间,琼州海峡为均压型环流控制,夜间气温降低,水汽处于饱和状态,1000 m以下存在双层逆温结构,雾顶出现在第一逆温层底部。两次平流雾期间,琼州海峡为入海变性高压脊后部偏强的东到东南风控制,气温(相对湿度)长时间维持不变(饱和),但18—20日的低空湿平流较24—25日强,水汽辐合层较厚,且比湿持续增大,致使平流雾持续时间较长;600 m以下较大的垂直风切变使雾层混合均匀,雾顶可发展至1000 m以上。锋面雾期间,徐闻站为4 m·s^(-1)以上的偏北风且伴有弱降水,琼州海峡附近低空为湿平流(水汽辐合)中心和冷暖平流交汇的锋区。海雾各阶段,气-海温差在-2~3℃之间,当气-海温差增大时,海雾消散。     

青藏高原东北边坡复杂地形重力波的数值模拟

基于2007年7月青海祁连站的野外加密探空资料,结合高分辨率的三维边界层模式,模拟研究了青藏高原东北边坡复杂地形条件下,边界层对流引起的干动力过程对该地区地形重力波产生及传播的影响机理。结果表明:在不同的背景场强迫下,高原东北边坡复杂地形上空对流和重力波的空间结构存在较大差异。当背景风向与山体垂直时,随着风速增加,山脊背风坡混合层顶附近大气不稳定能量加强,激发了下游区域较强的重力波信号,此时对流线组织性增强、重力波波列较长,高水汽含量的空气被波峰传输到较高的高度,为对流云发展提供了有利条件;当背景风向与山脊走向平行时,山顶上空对流发展旺盛,山脊背风坡混合层顶大气状态较稳定,激发的地形重力波信号较弱且波列较短,整个混合层顶附近水汽较少,对流云形成条件减弱;当背景大气浮力频率减小时,整个区域上空对流发展更加旺盛但组织性减弱,背风坡下游重力波向上传输的距离减小,信号不显著,混合层顶附近水汽分布均匀且变化幅度较小,有利于层状云发展。     

乌鲁木齐冬季大气边界层温度和风廓线观测研究

为了进一步认识乌鲁木齐冬季大气边界层的结构特征及其对大气污染的影响,为改进城市空气污染预报和污染治理提供科学依据,利用2008年1月11—13日系留气艇对乌鲁木齐市城区大气边界层过程进行观测试验的资料,分析了观测期间乌鲁木齐风、温廓线和混合层厚度的变化特征,并探讨了大气边界层结构对乌鲁木齐大气污染的影响。结果表明:观测期间乌鲁木齐近地面全天存在悬浮逆温,且有时为多层逆温,大气层结稳定;受逆温层的影响,近地面全天风速都很小,均在4m/s以下,风向随高度变化规律明显;观测期间乌鲁木齐大气混合层厚度平均为274m。乌鲁木齐冬季大气边界层风、温廓线的特征及混合层厚度,对大气污染的影响作用显著,是造成该地区冬季多污染的主要原因之一。     

基于激光雷达资料的气溶胶辐射效应研究

利用新型激光雷达气溶胶探测资料及综合数值模式,以地形复杂的兰州市及周边地区冬季典型天气形势下的大气边界层为研究对象,通过理想试验模拟研究了城市气溶胶辐射效应与大气边界层的相互作用。结果表明:夜间,低空(50~600 m)气溶胶所在气层冷却效应明显,温度降低0.13~0.18℃,600 m高度以上,气溶胶浓度较低,其冷却效应较小,温度降低不足0.1℃;白天,受气溶胶短波辐射效应影响,边界层内增温明显,增温最大值位于低层脱地逆温层顶300 m高度附近,600 m以上由于气溶胶浓度减小,加热率亦降低,增温由0.2℃减至0.1℃。此外,气溶胶的存在使得所在层的风速降低。可见,激光雷达探测资料在边界层模式中有很好的应用价值,对于研究气溶胶辐射效应的大气边界层响应有重要意义。     

台州低空逆温层特征分析

利用浙江省洪家气象站L波段雷达逐日探空资料,统计分析了2007—2011年台州接地逆温和悬浮逆温的出现频率、逆温厚度、逆温强度特征,以及与风向风速的关系。结果表明:台州四季均存在低空逆温层,低空逆温出现频率年变化趋势呈单谷型特征,冬春季节逆温出现频率较高。秋冬季节低空逆温厚度增大,春季厚度变薄,夏季最薄;各时次的悬浮逆温厚度大于接地逆温厚度。07:00接地逆温月变化和季节变化强度都弱于19:00接地逆温的;07:00接地逆温,冬季强度最大(1.4℃/100m);19:00接地逆温在秋冬季节强度(2.2和2.0℃/100m)显著大于春夏季节强度(1.3和1.5℃/100m)。两个时次悬浮逆温强度月变化(0.8~1.2℃/100m)和季节变化(0.9~1.1℃/100m)较小,平均底高和顶高的最低值都在7月份,19:00悬浮逆温平均底高、平均顶高普遍大于07:00悬浮逆温观测值。出现接地逆温层时,低空风速一般≤2 m/s,层底风向集中在W到NW之间和静风,天空多为无云或少云;出现悬浮逆温层时,风速小于6 m/s的比例超过50%,层底风向集中在NW到ENE之间和SSW到SW之间,总云量不小于6的比例达70%以上。四季均有霾出现,霾日出现频率年变化趋势与逆温出现频率都是呈单谷型特征。霾污染权重系数季节变化与两个时次的逆温厚度和07:00逆温强度的变化趋势基本一致:冬春季节的大于夏秋季节的;冬春季节霾的污染程度较为严重,污染权重系数分别为49.0和38.1。     

温江站有无降水日的边界层特征对比分析

本文基于2016年6月21日~7月31日温江站边界层塔和加密探空观测获取的资料，对比分析了该站有雨日和无雨日的边界层大气特征，得到以下结论：1、温江站7月的降水量较多，降水时段以凌晨2:00~6:00居多，呈现典型的“夜雨”特征。2、边界层内大气各个气象要素场在有无降水日具有非常明显的差异，探空观测的低层大气表现为：无雨日白天边界层呈现典型的混合边界层特征。有雨日边界层大气温度总是小于无雨日，在极大值出现的午后时段二者的差值最大。有雨日近地层大气比湿在8:00、14:00和20:00三个时次都明显高于无有雨日，比湿日变化幅度低于无雨日。温江站边界层低层大气的风速总体较小，有雨日的风速明显大于无雨日。3、边界层塔观测显示：有雨日太阳短波辐射以及各个地表通量的极大值仅为无雨日的2/3左右。白天，有雨日的温度低于无雨日，日变化幅度比无雨日低3oC左右；夜间二者都呈现显著的逆温现象。有雨日白天比湿高于无雨日，夜间则低于无雨日，有无雨日比湿日变化幅度比无雨日少2g/kg；白天，有雨日风速日变幅也略小于无雨日，除了午后时段有雨日在凌晨2:00时还出现另外一个风速极大值点；有雨日的气压值总是略高于无雨日，白天的气压差值比夜间大。白天，有雨日各个地面观测量的极值出现时间总是略晚于无雨日1h左右。     

北极低空急流和低层逆温特征观测分析

利用北冰洋冰表面热量平衡计划1997年10月中旬至1998年10月上旬的探空气球探测结果,分析了北极地区近地层逆温和低空急流特征.结果表明,96％的观测时次(11:15和23:15,协调世界时)出现近地层逆温,其中22％的逆温为贴地逆温,70％的逆温厚度在250～850 m之间,冬半年贴地逆温发生频率、逆温层厚度和逆温层内的温度变化都明显要大于夏半年.全年间低空急流出现频率为41％,平均高度为520 m,最大频率出现在150 m附近,70％的急流出现在600m高度以下.急流平均风速为10.6m·s-1,风速在4～13 m·s-1范围内的急流约占总数的75％,东和东南方向为全年急流的主导风向.根据对急流核和地面风速之间转换角分布的分析,惯性震荡可能是北极低空急流的主要成因.