基于地基与星载激光雷达技术的武夷山山谷风环流研究分析北大核心CSCD

山谷风是一种热力驱动产生的局地环流,武夷山市三面环山,中部为丘陵地带,使得该地常年盛行山谷风。基于地面气象观测站、边界层测风激光雷达及激光雷达卫星Aeolus数据研究了武夷山山谷风环流特征。结果表明,夏季出现山谷风日天数最多,山谷风日出现时大气日变化特征显著,表现为山风出现的时间段,以偏北风为主,风速较小,低空激光雷达回波信号较强,气流运动以下沉为主,垂直方向上形成环流圈;谷风阶段,以偏南风为主,较山风阶段风速有所增强,低空激光雷达回波信号减弱,以上升气流为主;激光雷达数据融合的风廓线可见,武夷山非山谷风日常出现在对流层中低层盛行偏南风的天气形势下,偏南风将水汽输送至当地,使得当地低空被较厚云层覆盖或出现降水过程,从而削弱了山地与谷地的热力差异,局地环流被打破,山谷风环流无法形成。     

珠穆朗玛峰北坡地区河谷局地环流特征观测分析

利用中国科学院珠穆朗玛峰大气与环境综合观测研究站的大气边界层塔站数据分析了珠峰北面一处河谷中局地环流的日变化特征.发现该河谷中的局地环流主要受山谷风和冰川风的影响,后者自影响主要集中在下午和傍晚,冰川风强度较大,地面最大风速达到10 m·s-1.冰川风开始出现的时间通常是气温达到一天中最高的时刻,这表明冰川风气流温度较低,带来了降温.另外,对空气湿度变化的分析中也能发现冰川风气流的影响.     

珠峰绒布河谷近地面层气象要素及湍流通量变化

利用2006年5～6月和2007年5～6月中国科学院HEST大气科学实验在珠峰绒布寺河谷野外观测期间获得的观测资料,分析了珠峰地区河谷近地层风向、风速、温度、湿度和CO2的日变化特征,讨论了珠峰北坡冰川风和山谷风的特点以及高原地表辐射、地表反照率和近地层湍流通量的变化特征.结果表明:在复杂地形和特殊下垫面影响下,珠峰绒布河谷地区近地面层各个气象要素和湍流通量日变化特征显著,并且明显存在冰川风和山谷风复合的局地环流,冰川风对该地区地气间物质能量交换起着重要作用.     

北京稳定天气条件下城市边界层环流特征数值研究

采用科罗拉多大学和MRC／ASTER共同开发的区域大气模拟系统（RAMS）对北京地区稳定天气条件下的个例进行数值模拟,通过对数值模拟结果与观测事实的比较以及敏感性试验,分析了北京城市边界层环流特征和环流影响因子在环流发展过程中的作用。结果表明：①在山谷风环流和热岛环流相互作用下形成了北京城市边界层流场特有的局地环流。②热岛中心在决定边界层环流的辐合区位置上起相对较大的作用,边界层环流的强度和发展高度由山谷风强度和热岛强度共同决定。     

大理苍山—洱海局地环流的数值模拟

利用耦合了湖泊模型的WRF_CLM模式模拟了秋季大理苍山—洱海地区的局地环流特征。结果表明:模式对近地面温度、风向、风速的模拟与观测基本一致,模拟结果能较好地再现该地区山谷风和湖陆风相互作用的局地环流特征。在秋季,大理苍山的谷风起止时间为08:00~17:00(北京时,下同),湖风起止时间为09:00~19:00。局地环流受高山地形及洱海湖面影响明显,山谷风形成早于湖陆风1 h,夜间山风、陆风强盛于白天谷风、湖风。白天苍山谷风与洱海湖风的叠加作用会驱动谷风到达2600 m的高度,而傍晚最先形成的苍山山风则会减弱洱海的湖风环流。夜间盆地南部在两侧山风、陆风的共同作用下,形成稳定而持续的气旋式环流。日出以后,对流边界层迅速发展,边界层高度逐渐增高。陆地17:00温度达到最高,边界层高度也达到峰值2000 m,之后逐渐降低。日落后形成稳定边界层,边界层高度在夜间基本保持在100 m。相对于陆地,湖面白天边界层高度低300 m,夜间边界层高度高100 m。     

污染天气下成都东部山地—平原风环流结构的数值模拟

本文利用中尺度模式WRF（V3.9）对2016年12月7日成都东部（龙泉山）一次污染过程下的山地—平原风环流进行了模拟，旨在探讨冬季污染天气下山地—平原风环流的结构和演变特征。此外，通过减少气溶胶光学厚度（AOD，Aerosol Optical Depth）的敏感性试验探究气溶胶污染对山地—平原风环流的影响。结果表明:冬季污染大气条件下成都平原地区存在显著逆温。龙泉山南北长、东西窄且高度较低，由于东、西坡辐射能量的不均匀分布和背景风的强迫，上午、凌晨和夜间均出现越山下坡风环流，上午强度较强，凌晨和夜间强度较弱。午后开始出现平原风环流，最大影响范围为山体宽度的3～4倍，17:00（当地标准时，下同）左右结束。各阶段环流在南北方向上差异较大，越山下坡风环流在南段最强，中段最弱；中、南段山体较低窄，平原风环流易被湍流掩盖，北段平原风环流最为明显。AOD减小后辐射及地表热通量均有所增加，中、南段湍流更加旺盛，边界层显著抬升且降低时间滞后，山体与平原间感热通量差异增加，北段平原风环流增强、持续时间增长。     

植被对山谷风环流形成与演变过程影响的数值试验

本文利用三维土壤－植被－大气耦合的区域气候模式模拟分析植被覆盖状地山谷风环流形成与演变过程的影响。结果表明，植被覆盖状况不仅影响风速大小和环流强弱经，而且对环流的形成和维持也有很大影响。植被覆盖度越大，山谷风环流形成时间越滞后，风速越小，环流强度越弱，维持时间越短。     

博斯腾湖的湖陆风特征及其数值模拟研究

采用基本气象站和区域气象站观测资料分析了2013年6月至2014年5月期间博斯腾湖的湖陆风日变化特征和季节特征,进而通过中尺度数值模拟分析博斯腾湖湖陆风的发展过程及其与天山山谷风的相互作用。结果表明,博斯腾湖北侧湖风与中天山南侧谷风叠加效应造成局地环流增强,从湖岸到山体,叠加效应造成的局地环流最大振幅表现出增大、减小、再增大的特点;湖岸区域湖风开始时间与距离的关系不显著,当离岸距离增大到约20 km以上,距离每增加约6 km,湖风开始时间推迟1 h;湖北侧湖风锋穿透内陆距离比受天山主体影响较小的湖南侧远约11 km;随着湖北侧湖风锋向天山靠近,湖风与谷风耦合作用不断加强。     

气压系统影响天池山谷风一例

新疆天池位于东天山博格达峰北坡的一条近东南一西北走向的山谷之中,海拔1900多米。由于地形影响,这里山谷风环流特别明显,白天吹西北向的谷风,夜间吹东南向的山风,全年山谷风日数多达250天。 气压系统的活动对山谷风也有很大的影响。1983年10月27日,我们在天池地区对一次气压系统改变山谷风环流作了实地考察。     

祁连山南麓夏季地形云特征及山谷风影响分析

利用门源、祁连气象站2004—2013年6—8月逐时常规观测资料,分析了地形云的日变化特征,结果表明:两站夏季总、低云量的日变化呈现双峰型特征;层积云和积雨云的日变化呈反相特征。层积云出现频率最高在清晨,积雨云在午后至傍晚出现频率最高;门源站层积云出现频率高于祁连站,而祁连站积雨云出现频率高于门源站。两站山谷风环流特征明显,风速最大值出现在午后,最小值出现在清晨;门源站谷风控制时间长于山风,祁连站山风控制时间长于谷风。两站积雨云出现时间与山谷风风速最大值出现时间之间具有对应关系;有天气系统影响时形成的积雨云,持续时间较长,降水较多;仅由地形风及热力、湍流作用形成的积雨云,持续时间较短,降水较少。层积云的形成有3种类型:第1种由高层云演变而来;第2种由积雨云对流发展受到抑制而形成;第3种由局地山谷风环流形成,云的形成与山谷风环流以及边界层日变化特征相关。     

Characteristics of Lake Breezes and Their Impacts on Energy and Carbon Fluxes in Mountainous Areas

In mountainous lake areas, lake–land and mountain–valley breezes interact with each other, leading to an "extended lake breeze". These extended lake breezes can regulate and control energy and carbon cycles at different scales. Based on meteorological and turbulent fluxes data from an eddy covariance observation site at Erhai Lake in the Dali Basin,southwest China, characteristics of daytime and nighttime extended lake breezes and their impacts on energy and carbon dioxide exchange in 2015 are investigated. Lake breezes dominate during the daytime while, due to different prevailing circulations at night, there are two types of nighttime breezes. The mountain breeze from the Cangshan Mountain range leads to N1 type nighttime breeze events. When a cyclonic circulation forms and maintains in the southern part of Erhai Lake at night, its northern branch contributes to the formation of N2 type nighttime breeze events. The prevailing wind directions for daytime, N1, and N2 breeze events are southeast, west, and southeast, respectively. Daytime breeze events are more intense than N1 events and weaker than N2 events. During daytime breeze events, the lake breeze decreases the sensible heat flux(Hs) and carbon dioxide flux(F_{CO_2}) and increases the latent heat flux(LE). During N1 breeze events, the mountain breeze decreases Hs and LE and increases F_{CO_2}. For N2 breeze events, the southeast wind from the lake surface increases Hs and LE and decreases suppress carbon dioxide exchange.     

多云天气下海南岛海风环流结构的数值模拟

利用WRF-Noah耦合中尺度模式对海南岛2012年7月5日的多云海风个例进行三维高分辨率数值模拟,重点分析多云天气条件下复杂地形区域的海风环流结构及其演变特征。通过观测资料与模拟结果的对比发现,WRF模式能够合理地模拟出岛屿四周的海风演变特征。与少云海风日相似,多云海风日中全岛海风于12时开始形成,15时海风发展最为强盛,影响范围最广,18时全岛海风的辐合程度最强,海风辐合区是主要的潜在降水区域。对比山区与平坦地区的海风环流发现,山区海风环流强盛期为13—18时,而平坦地区海风环流强盛期为15—18时。复杂的山地对海风环流结构有直接和间接的影响:一方面在山地地形动力阻挡和抬升作用下,海风环流变得更加清晰完整,间接延长了海风环流的维持时间;另一方面局地地形热力作用形成的谷风环流与海风几乎同时产生和消亡,两者汇合后,谷风的瞬间加强会引起海风锋锋消,瞬间减弱会引起海风锋锋生;两者同相叠加会使得海风环流结构更加完整。相比之下,平坦地区的海风受到的地形动力和热力作用小,海风水平分布比较规则,海风环流垂直结构的变化主要取决于不同方向海风之间的相互作用。     

香港地区海陆风的显式模拟研究

利用MM5模式对香港地区的海陆风进行了显式数值研究,模拟的风向、风速和温度与站点的观测值比较一致,较详细地分析了海陆风的日变化规律和三维结构特征,结果显示香港地区海风分布复杂,主要受偏西、偏南和偏东海风气流的影响,形成多个辐合带,海风锋最远可以深入内陆约90 km;陆风较简单,主要是偏北气流,陆风的风速和强度都比海风要弱,与山谷风、城市热岛环流等形成弱的辐合。香港是一个海岸曲折、多丘陵的地区,其中75%的面积是山区,为了研究这些丘陵地形对香港地区海陆风的影响,设计了保留海陆分布,去掉丘陵地形的敏感性试验,结果表明,由于丘陵地形的存在,在白天地形的热力作用是主要的,增强了海风的强度;而晚上动力阻挡作用比较明显,减弱了陆风的强度。     

基于WRF模拟的晋江市海陆风特征分析

随着沿海城市的快速发展,城市气候环境恶化,研究弱大气环流背景下的海陆风对改善城市环境具有重要意义。以晋江市为例,利用站点风要素观测数据,结合海陆风判别条件,提取并分析了两个典型海陆风日海陆风的基本特征;采用WRF与Noah陆面过程模式耦合,选用BEP多层城市冠层模型,对典型日进行了风场模拟。从模拟结果中分解出局地风,在验证海陆风现象的基础上,分析了海陆风特征的空间分布规律。结果显示:WRF模拟的逐小时局地风向时序与实测情况吻合较好,通过了信度为0.05的显著性检验,但局地风速模拟值与实测值存在显著差异,平均达到1 m/s。从WRF模拟结果提取的海、陆风起始和终止时间、持续时间与实际情况存在一定差别。两者持续时间在空间上的变化与各自起始时间的空间变化一致,且未明显出现随离岸距离增加,海陆风减弱的现象。上述结果表明,WRF能够较好地模拟海陆风日的风场特征,尽管对海、陆风速的模拟还存在一定的不确定性,但所得结论对晋江市城市规划和微环境改善有参考意义。     

VARYING SEASONS'' MESOSCALE WIND FIELD CIRCULATION IN HAINAN ISLAND

Using a one-level numerical diagnostic model, the features of surface wind fields in Hainan Island and Leizhou Peninsula and maritime area around it are studied. In the experiments with prevailing synoptic situation for varying seasons there are obvious deflection flows, terrain slope drafts, convergence lines, sea/land breeze and mountain/valley breeze, and difference in season accounts for the features found in the mesoscale distribution.The complex terrain and seatland distribution in the area is shown to be the important cause for the formation of varying mesoscale circulation, and close relationships between local climatic distribution feature and mesoscale circulation are then revealed.     

利用RAMS模式对山谷城市冬季局地风场的数值模拟

利用美国科罗拉多州立大学和MRC/ASTER发展的中尺度数值模式RAMS, 采用三重嵌套的方法, 模拟研究了兰州山谷地区局地环流特征。结果表明： （1）兰州市近地面流场以偏东风为主, 在城市东西部之间的狭窄地带, 风速相对较大些, 在东西部山谷城市中心区域有大片的静风区; 冬季兰州市山谷夜间是辐合流场, 白天是辐散流场。受城市热岛环流的影响, 白天热岛环流抑制谷风环流, 夜间增大山风环流, 夜间的山风风速大于白天的谷风风速。（2）白天, 兰州市区山顶和山谷之间上空气柱以下沉气流为主, 这主要是由于地形作用使得白天盛行谷风环流和山峰加热作用的共同影响。夜间, 兰州市区山顶和山谷之间上空以上升气流为主, 这主要是由于地形作用使得市区和山谷在夜间盛行山风环流, 但是冬天夜间兰州市区和山谷上空有较厚的逆温层存在, 抑制了气流的上升运动。（3）在午后13：00左右, 兰州市区山谷从近地面到400 m高度, 辐散场在逐渐减弱, 在510 m左右的高度转变为辐合场; 皋兰山顶上空从近地面到400 m高度, 辐合场在逐渐减弱, 在510 m左右的高度转变为辐散场。在凌晨01：00左右, 兰州市区山谷从近地面到400 m高度, 辐合场在逐渐增强, 到400 m高度达到最强, 从400 m到510 m高度又逐渐减弱; 皋兰山顶上空从近地面到220 m左右的高度, 辐散场在逐渐减弱, 在400 m左右的高度辐散场转变为辐合场, 从400 m到510 m左右的高度, 皋兰山顶的辐合场逐渐增强。     

利用RAMS模式对山谷城市兰州冬季湖泊效应的数值模拟

利用美国科罗拉多州立大学和MRC/ASTER发展的RAMS中尺度气象模式, 以NECP再分析资料为初、 边值条件, 在兰州城区东面设计了有湖和无湖两个试验, 做了72 h三重嵌套模拟试验, 分别模拟了两种情况下冬季兰州山谷地区的湖泊效应和大气边界层特征。模拟结果表明： （1）白天兰州山谷地区谷风在14：00强度达到最大。加入湖泊后, 14：00湖风强度增大, 湖风对谷风没有明显影响, 只对湖区及岸边附近的风场有影响。兰州山谷地区20：00以后山风开始出现, 到05：00左右北山山风的风速大于南山山风。05：00以后南山山风风速增大, 山谷以偏西风为主。加入湖泊后, 陆风也在夜间02：00左右表现的最为明显, 陆风和山风相互叠加, 导致兰州山谷东部地区西风风速增大; （2）加入湖泊后, 对周围地区气温的影响表现为夜间有增温作用, 增温作用随着离湖泊的距离渐远而减弱。在靠近湖区处夜间的近地面逆温强度减弱; （3）加入湖泊后, 对靠近湖面处空气相对湿度的影响表现为减小, 对靠近湖西岸陆地上近地面空气相对湿度的影响表现为先减小后增加, 这一点在夜间表现的最明显, 对靠近湖面处空气绝对湿度的影响表现为增加; （4）加入湖泊后, 湖区的净辐射和感热通量都减小, 湖的东西两岸的净辐射和感热通量都增大。在22：00到凌晨05：00之间, 靠近湖西岸的陆地上净辐射和感热通量也有所增大。