关中盆地近地面风场和大气输送特征分析

利用2017年151个地面气象站的逐时观测数据和相关高空资料分析关中盆地近地面风场与输送特征。首先分析盆地内代表性站点的风速和风向观测事实,然后用CALMET风场诊断模式和轨迹计算模式获取当地逐小时风场和每日逐小时传输轨迹,分析风场类型。结果表明:关中盆地内日平均风速约1～3 m s?1,夏季风速高、秋冬季低;盆地中央的主导风向以沿地形走向的东北风和西南风为主,盆地四周测站的主导风向表现出顺着地形向盆地中央汇流的趋势。各站主导风向的季节变化不大。盆地内风场分为系统控制型、弱天气背景型和局地环流型3类,全年出现日数比例分别占8%、17.3%和74.7%。以山谷风日夜循环为特征的局地环流型风场最多。以西安城区为源点的大气输送轨迹显示,系统控制型风场以偏东北方向的输送为主,弱天气背景型和局地环流型风场的轨迹输送都大致以偏东北和偏西（以及偏西南）沿盆地走向以及偏东南朝向秦岭山地这三个方向为主。局地环流型的轨迹影响范围小,集中于盆地中央和南侧山地之间,表明这是一种不利于污染扩散的风场类型。     

关中一次重污染天气过程气象特征分析

利用常规观测资料、风廓线资料、PM2.5质量浓度资料及HYSPLIT-4模式,对2016年12月31日—2017年1月6日陕西关中盆地一次霾重污染天气过程的气象特征进行了分析。结果表明:此次过程发生在500hPa纬向平直气流、地面东高西低的典型环流形势下,稳定的大气层结和边界层逆温强烈抑制了污染物的垂直扩散;边界层风场存在500m之下的偏南风、500~1 000m偏北风和1~1.5km的纬向小风速区的三层结构特征,弱偏南风的水汽输送、弱对流不稳定和中高层的弱纬向风的阻挡,使得污染物在边界层内充分混合并堆积。污染物质量浓度与低层风关系密切,当低层为弱偏南风时,相对湿度逐渐上升,PM2.5质量浓度升高;反之,当气流转为偏北风时,相对湿度明显下降,PM2.5质量浓度降低。输送至西安的气团路径共有西北、偏南及本地路径三类,西北气流携带的大颗粒污染物、偏南气流的增湿效应及污染物的输送和本地污染源的叠加,共同造成了盆地的重污染天气的发生,其中直行偏南路径占比最高为38%,本地路径次之,占比25%。     

基于WRF/CALMET的近地面精细化风场的动力模拟试验研究

本文利用中尺度动力模式 WRF和诊断模式CALMET对琼州海峡的两次冷空气过程的近地层风场进行模拟和诊断,所用的资料是美国NCEP再分析FNL资料。WRF模式第一至第四层网格的水平距离分别是27、9、3和1 km,并用WRF-1 km场以单向嵌套模拟方式降至200 m,同时以 WRF-1 km 预报场作为 CALMET 初猜场降尺度诊断至200 m。分别用CALMET-200 m风场、WRF-1 km风场和 WRF-200 m风场,3个风场的风速、风向与沿琼海海峡分布的21个测站（其中6个测风塔）观测资料进行检验比较分析。主要结论是：（1）CALMET-200 m的风速RMSE明显小于另外两组试验,风向RMSE总体上差异不大;在60～80 m高度上也没有明显差异。（2）在0～8 m·s－1风速,10 m高度上CALMET-200 m风场诊断结果最好,风速平均偏差值从4～0 m·s－1,WRF的两组试验平均偏差值比CALMET-200 m结果大约2 m·s－1,风向上表现为偏差的分布更加集中;60～80 m高度上,CALMET-200 m 诊断效果与 WRF-1 km 模拟效果相当,但是冷空气时段内 WRF-200 m的风速要远远差于另外两组试验;而3组试验的风向并无大的差异。（3）WRF／CALMET模式系统在非冷空气活动时段内的风速风向模拟诊断偏差更小,说明其在层结相对较稳定时模拟诊断的准确度更高。     

两种垂直风廓线的对比及应用Ⅱ:不同降水条件下风廓线特征

利用2013年重庆多普勒天气雷达(SA)和风廓线雷达(TWP8-L)观测的垂直风廓线数据,对晴空、弱降水、一般性降水和强降水四种不同天气条件下垂直风廓线特征及其演变情况进行了分析。结果表明:(1)风廓线雷达的探测高度随降水增加逐渐增加;(2)晴空天气条件下,边界层(1 km以下)风向存在明显的日变化,夜间以偏东气流为主,白天以偏南气流为主,高空(3 km以上)为一致的偏西气流,风速较小;(3)弱降水天气条件下,边界层风向以偏东气流为主,相对较为杂乱,高空与晴空一致,中高层(1~3 km)以偏南气流为主;(4)一般性降水天气条件下,低层与弱降水较一致,而高空出现较一致的西南气流,有利于水汽输送,同时垂直切变具有较好的单一方向性,较有利于对流的发展和维持;(5)强降水天气条件下,风廓线雷达和多普勒雷达观测的垂直风廓线较为一致。降水前期风向随高度的增加逐渐由偏东气流转为偏西气流,有利于对流的触发;降水期间风切变具有很好的单一方向性并在中低层出现低空急流区,有利于对流系统的维持,同时西南气流厚度加深,也有利于水汽的输送;降水结束期风速减小,中低层风向也逐渐转为偏北气流,对流系统逐渐消亡。     

新疆哈密复杂地形风场的数值模拟及特征分析

为了实现复杂地形下高分辨率风场的数值模拟及特征分析,采用中尺度气象模式WRF(Weather Research and Forecasting M odel)结合牛顿松弛逼近Nudging资料同化技术,实现哈密地区水平分辨率1 km的近地层风场数值模拟计算。基于模拟区域测风塔实测数据的对比检验发现,同化观测资料后风速风向的模拟结果均与实测更加接近,70 m高度风速模拟结果的绝对误差降低0. 25 m·s~(-1),同化后的模拟结果可以较好的修正风速较小时模拟值偏高和风速较大时模拟值偏小的问题,同时风廓线的模拟结果也与实测更加吻合。通过分析哈密复杂地形下水平分辨率1 km逐10 min风场输出结果发现:(1)哈密地区地形比较复杂,风速平面分布差异很大,4月份风速较大区域主要分布在山北地区和西部山南垭口附近,而7月份风速较大区域则位于西部的山坳南部和北部地区;(2)复杂地形下风速较小时风速为负切变,且平均风速越小负切变值越大,地形越复杂负切变值越大;风速较大即使是复杂地形下同样为正切变,但是正切变值比平坦地区的值要小,平坦地形下风速越大正切变值越大;(3)哈密地区复杂地形下,风速12～25 m·s~(-1)的风速占比在时间和空间上分布差异较大,风速较大的4月份,大部分地区占比达到20%以上,尤其是山北和西部垭口附近,占比甚至达到了50%以上,风速为12～25 m·s~(-1)的情况下80 m高度平均风速比60 m高0. 60～0. 80 m·s~(-1),比月平均风速的垂直变化值要大;(4)风速较大时,风向10 min变化不明显,风速较小时,风向变化值较大,且地形较平坦地区风向变化值较大,地形复杂地区变化值较小;(5)风向的垂直变化与风速大小关系比较明显,风速越小,其垂直变化越大,风向垂直变化的区域分布与地形复杂程度相关,地形越复杂风向的垂直变化值越大。     

基于渤海石油平台海面风观测的FNL资料评估

对2018年全年渤海石油平台海上观测的15个站点的风速风向进行了分析,并利用4个代表站1、4、7和10月的资料对分辨率为0.25°×0.25°NCEP/NCAR的FNL资料分析风场的误差进行了对比评估。结果表明:(1)观测风速风向存在较大区域性差异;(2)FNL风场资料在渤海地区近海风速整体偏大;(3)夏季当风速小于15 m/s时,FNL的风速可信度最高;冬季当风速大于15 m/s时,FNL的风向可信度最高;(4)秋季风向误差最高,春季次之。当风速小于5 m/s时,风向误差较大。     

淮河流域风场垂直结构特征分析

为进一步加深南北气候过渡带上山地丘陵地区的风场认识,利用淮南2015年3月至2016年2月ST（Stratosphere-Troposphere）风廓线雷达的探测资料,分析了该地区20 km高度内风场的变化特征及垂直结构。结果表明:淮河流域850 hPa、700 hPa、500 hPa、100 hPa等压面高度上,风场有明显的垂直变化,风速及其波动幅度随春、夏、秋、冬先减小后增大,且随高度增加,夏季最小、冬季最大的季节规律逐渐增强;风场的垂直分布存在差异,在中低层以下,以小于10 m/s的风为主,风向转换多,中低层以上10～25 m/s的偏西风居多;年平均风场结构为低层以5 m/s北风为主,到2 km左右向西偏转,风速小于10 m/s,在5 km高度处形成15 m/s的西风,且风速持续增大,10 km左右达到25 m/s后逐渐减小,到15 km左右风向顺时针向北偏转,直到20 km附近与低空风场相近。     

关中特殊地形下气象条件对重污染天气的影响

摘要：利用空气质量监测资料、常规气象观测资料以及FNL（1°×1°、6 h间隔）再分析资料等,对2018年1月发生在陕西关中特殊地形下持续时间长、污染等级高、影响范围大的一次重污染天气过程进行天气学分析,结果表明：重污染持续期间500 hPa陕西关中中东部维持很弱的西西北气流或者平直西风气流,没有明显的冷暖平流影响;关中盆地山谷风转化与温度的日变化叠加,导致了PM25和PM10午后和前半夜的两个日变化峰值的出现;关中盆地北部有台塬、南部有秦岭,特殊的地形导致关中有秦岭背风坡的下沉气流、盆地地面辐合线和中低层逆温的形成,这些气象条件相互作用,促成近地层垂直上升运动、中层下沉运动垂直结构的维持,这是造成污染物累积的重要动力原因。850 hPa风速达到8 m/s以上、850 hPa附近的垂直风切变突增到06×10-2 s-1以上使得污染物浓度迅速减小。地面风速≤2 m/s、逆温层以下湿度为50%～75%也是关中盆地持续污染天气形成的有利条件。     

高频地波雷达风场数据可用性分析

为了分析高频地波雷达能否应用于海面风场探测,以广东阳江高频地波雷达探测范围内的南鹏岛自动气象站探测的风向风速为参考,将高频地波雷达探测的风场数据与之相比较,通过分析不同季节、风速6~10 m/s及6 m/s以下等各种情况下地波雷达探测风场数据的获取率、标准差及可用性。结果表明,相对而言,地波雷达探测风向数据获取率高、标准差较小,可用性高,而风速获取率在6~10 m/s情况下较好,可用性较高,在低海况（6 m/s以下）时可用性低。     

ASCAT反演风场与华南及南海站点观测对比分析

利用2014—2017年华南沿海及南海的浮标站、海岛站、石油平台站、沿海自动站等277个自动站风场数据,与ASCAT反演风场进行了对比分析。结果表明,当观测风速小于5 m/s(大于15 m/s)时,ASCAT反演风速的平均绝对误差在3 m/s左右(存在2级左右的高(低)估);当风速介于5~10 m/s时,平均绝对误差在2 m/s左右(多数ASCAT有1~2级的高估);介于10~15 m/s时,ASCAT反演结果相对最好,风速、风向准确率能够达到60%以上。ASCAT对风速的反演结果受陆地影响较大,与观测风速的相关系数从高到低可分为三类:(1)浮标、平台站;(2)西沙、南沙自动站;(3)广东沿海自动站及海岛站、海南海岛站。ASCAT反演风场在风向的应用较风速更优,其中,东北风样本数最多,其次分别为西南风、东南风和西北风。浮标站、平台站、西沙自动站的风向反演质量相对较好;所有测站风向偏差主要由5 m/s以下的弱风贡献。单站多年月平均风速变化显示,ASCAT反演风速相对测站主要为正偏差,且秋冬季比春夏季偏差更大,这可能与大气稳定度有关。      

Rate constants for the reactions of the NO3 radical with HCOOH/HCOO− and CH3COOH/CH3COO− in aqueous solution between 278 and 328 K

The kinetics of the aqueous phase reactions of NO₃ radicals with HCOOH/HCOO^– and CH₃COOH/CH₃COO^– have been investigated using a laser photolysis/long-path laser absorption technique. NO₃ was produced via excimer laser photolysis of peroxodisulfate anions (S₂O ₈ ^2– ) at 351 nm followed by the reactions of sulfate radicals (SO ₄ ^– ) with excess nitrate. The time-resolved detection of NO₃ was achieved by long-path laser absorption at 632.8 nm. For the reactions of NO₃ with formic acid (1) and formate (2) rate coefficients ofk ₁=(3.3±1.0)×10⁵ l mol^–1 s^–1 andk ₂=(5.0±0.4)×10⁷ l mol^–1 s^–1 were found atT=298 K andI=0.19 mol/l. The following Arrhenius expressions were derived:k ₁(T)=(3.4±0.3)×10¹⁰ exp[–(3400±600)/T] l mol^–1 s^–1 andk ₂(T)=(8.2±0.8)×10¹⁰ exp[–(2200±700)/T] l mol^–1 s^–1. The rate coefficients for the reactions of NO₃ with acetic acid (3) and acetate (4) atT=298 K andI=0.19 mol/l were determined as:k ₃=(1.3±0.3)×10⁴ l mol^–1 s^–1 andk ₄=(2.3±0.4)×10⁶ l mol^–1 s^–1. The temperature dependences for these reactions are described by:k ₃(T)=(4.9±0.5)×10⁹ exp[–(3800±700)/T] l mol^–1 s^–1 andk ₄(T)=(1.0±0.2)×10¹² exp[–(3800±1200)/T] l mol^–1 s^–1. The differences in reactivity of the anions HCOO^– and CH₃COO^– compared to their corresponding acids HCOOH and CH₃COOH are explained by the higher reactivity of NO₃ in charge transfer processes compared to H atom abstraction. From a comparison of NO₃ reactions with various droplets constituents it is concluded that the reaction of NO₃ with HCOO^– may present a dominant loss reaction of NO₃ in atmospheric droplets.     

The solubility and behaviour of acid gases in the marine aerosol

The following Henry's law constants (K _H/mol²kg^-2atm^-1) for HNO₃ and the hydrohalic acids have been evaluated from available partial pressure and other thermodynamic data from 0°–40°C, 1 atm total pressure: HNO ₃ , 40°C–5.85×10⁵; 30°C–1.50×10⁶; 25°C–2.45×10⁶; 20°C–4.04×10⁶; 10°C–1.15×10⁷; 0°C–3.41×10⁷. HF, 40°C–3.2; 30°C–6.6; 25°C–9.61; 20°C–14.0; 10°C–32.0; 0°C–76. HCl, 40°C–4.66×10⁵; 30°C–1.23×10⁶; 25°C–2.04×10⁶; 20°C–3.37×10⁶; 10°C–9.71×10⁶; 0°C–2.95×10⁷. HBr, 40°C–2.5×10⁸; 30°C–7.5×10⁸; 25°C–1.32×10⁹; 20°C–2.37×10⁹; 10°C–8.10×10⁹; 0°C–3.0×10¹⁰. HI, 40°C–5.2×10⁸; 30°C–1.5×10⁹; 25°C–2.5×10⁹; 20°C–4.5×10⁹; 10°C–1.5×10¹⁰; 0°C–5.0×10¹⁰. Simple equilibrium models suggest that HNO₃, CH₃SO₃H and other acids up to 10x less soluble than HCl displace it from marine seasalt aerosols. HF is displaced preferentially to HCl by dissolved acidity at all relative humidities greater than about 80%, and should be entirely depleted in aged marine aerosols.     

Kritische Bemerkung zur Frage der Temperatur-abhängigkeit der Ozonverteilung

Zusammenfassung A. undE. Vassy haben in der Frage der Temperatur-abhängigkeit des Ozongehalts der Atmosphäre aus der Gleichung loge _n –logJ _n logK(T _n ) geschlossen, daß auch die Gleichung loge _n logJ _n +logK(T _n ) gültig sei. Es wird hier nun gezeigt, daß die bei der ersten Gleichung erlaubten Vernachlässigungen bei der zweiten zu großen Fehlern führen können und daß daher von A. undE. Vassy kein Beweis für die Richtigkeit der Beziehunge=J.K(T) erbracht ist.

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Summary In the question of temperature dependence of ozone content of the atmosphere A. andE. Vassy have concluded from the equation loge _n –logJ _n logK(T _n ) that also the formula loge _n logJ _n +logK(T _n ) must be valid. In this paper it is proved that the neglections which may be admitted for the first equation, can conduct to great errors. Therefore A. andE. Vassy have not produced a proof for the correctness of the equatione=J.K(T).

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Résumé A. etE. Vassy en étuidant le problème de la teneur de l'ozone atmosphérique en relation avec la température ont admis que l'équation loge _n –logJ _n logK(T _n ) entraînait aussi la relation loge _n logJ _n +logK(T _n ). On montre ici que les simplifications admises pour la première équation conduisent pour l'application de la seconde à de fortes erreurs, et que par conséquent ces auteurs n'ont pas fourni de preuve de la justesse de la relatione=J.K(T).

     

Characteristics of ionic components in precipitation in Kitakyushu City,Japan

Precipitation samples were collected by filtrating bulk sampler in Kitakyushu City, Japan, from January 1988 to December 1990. Volume weighted annual mean of pH was 4.93, but the pH distribution indicated that most probable value lay in the range pH 6.0–6.4. Volume weighted annual mean concentrations of major ionic components were as follows; SO ₄ ^2– : 84.2, NO ₃ ^– : 28.1, Cl^–: 86.3, NH ₄ ⁺ : 45.5, Ca²⁺: 63.3, Mg²⁺: 27.0, K⁺: 3.4, Na⁺: 69.0 µ eq l^–1. The highest concentrations of these ionic components were observed in winter and the lowest occurred in the rainy season. The ratio of ex-SO ₄ ^2– /NO ₃ ^– exhibited the lowest ratio in summer, and the highest ratio in winter. Good correlations were obtained between Cl^– and Na⁺, ex-SO ₄ ²⁺ and ex-Ca²⁺, NO ₃ ^– and ex-Ca²⁺, and NH ₄ ⁺ and ex-SO ₄ ^2– , respectively. However, no correlation between Cl^– and Na⁺ with Ca²⁺ was observed. The relationship of H⁺ with (ex-SO ₄ ^2– + NO ₃ ^– ) - (ex-Ca²⁺ + NH ₄ ⁺ ) indicated positive correlation.     

Numerical study on the bulk heat transfer coefficient for a variety of vegetation types and densities

The relationship between the geometrical structure of a canopy layer and the bulk transfer coefficient was investigated using a numerical canopy model. The following results were obtained:

1. The bulk transfer coefficients for momentum and heat, C _M and C _H , change with non-dimensional canopy density C _* each has a maximum.
2. The value of C _M is always larger than the value of C _H for a canopy with c _m > c _h , c _m and c _h being the drag coefficient and the heat transfer coefficient of an individual canopy element, respectively.
3. The value of C _* at which C _H has its maximum value is larger than the value of C _* at which C _M has its maximum. Therefore, the reciprocal of the sublayer Stanton number b _h ^?1 ranges between 50 and 65 for C _* around 0.1 while it ranges between 0 and 30 for C _* < 10^?2 and C _* > 2 (when c _m = 0.5).
4. The value of B _H ^?1 in the present study is consistent with most available observations, except for canopies of medium density (when C _* is around 0.1) for which no observational value has been obtained.