珠江三角洲秋季大气边界层温度和风廓线观测研究

根据2004年10月珠江三角洲3个代表性观测点大气边界层观测资料, 分析了珠江三角洲秋季大气边界层温度和风廓线特征。结果表明:珠江三角洲秋季气温递减率较低, 逆温出现频率较高, 强度较弱, 海风使珠江口贴地逆温的出现时间推迟、低空逆温的出现频率增加。珠江三角洲秋季受多种局地环流影响, 边界层内风廓线比较复杂, 晚上城市群与非城市群地区风向有明显差别; 城市群和珠江口多次分别观测到城市热岛环流和海风环流。     

珠江三角洲城市群大气污染与边界层特征研究进展

珠江三角洲城市群是我国三大城市群之一,伴随着经济的快速发展,大气污染问题也接踵而来。尤其是近年来社会各界对大气污染问题愈加关注,新发布的《环境空气质量标准》也针对性地提出了许多更高的要求,因此继续深入开展大气污染成因和治理办法研究是非常迫切和必要的。通过回顾10多年来对珠江三角洲地区大气污染和大气边界层研究方面的进展,分三个方面介绍了目前珠三角地区的污染现状、气溶胶污染特征和边界层特征的研究成果。初步归纳了珠三角能见度与灰霾日近50年来的变化特征和污染气象特征,同时还讨论了珠三角大气污染和边界层研究的未来趋势。     

塔克拉玛干沙漠腹地大气边界层参数化方案的模拟评估

沙尘起沙、沉降、传输均受到沙漠地区大气边界层条件的制约。沙漠地区观测资料匮乏,限制大气边界层模拟效果的检验和评估。利用WRFV3.7.1中尺度数值模式中5种边界层参数化方案(ACM2、BL、MYJ、MYNN2.5、YSU),模拟2014年4月塔克拉玛干沙漠大气边界层特征,并与塔中80 m塔及风廓线雷达晴朗天气下的观测资料对比分析。结果表明:5种方案均能模拟出近地面气温及地表温度,边界层高度,感热、潜热、地表热通量的变化趋势,但未能模拟出边界层风速的日变化趋势,温风湿廓线能较好的反映晴日沙漠地区边界层结构的变化特征,但未模拟出风速随高度变化趋势。沙漠地区下垫面干燥,热容量低,晴天极易形成对流不稳定边界层,非局地湍流参数化方案,ACM2方案是沙漠地区大气边界层模拟较为合理的选择。     

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.     

徐州冬季边界层低空急流的观测研究

大气边界层内风速廊线常呈极大值分布,称为边界层低空急流。本文根据徐州×厂地区边界层风实测资料,证实该地区边界层下部存在低空急流现象,并对它的特点作了初步分析。     

青藏高原夏季大气边界层高度与地表能量输送变化特征分析

利用NCEP-FNL大气边界层高度资料和NCEP/DOE(NECP2)的地面感热、潜热通量再分析格点资料,分析了2000-2016年夏季青藏高原(下称高原)地区的大气边界层高度及感热、潜热的基本气候特征、年际变化及空间分布,地表能量输送对大气边界层高度的影响机理,并分析了影响大气边界层高度与地表能量输送的主要影响因子。结果表明:夏季高原整体呈大气边界层高度显著下降,潜热通量显著上升,感热通量先增后降的变化趋势。2009年是高原大气边界层高度的气候突变时间点,其他物理量的变化趋势也在2009年发生了转折变化。大气边界层高度和地表能量输送的线性变化趋势分布具有明显的区域差异,以91°E为界将高原分为东、西两部分,东部与西部地区的变化特征明显不同;东部、西部地区的变化特征2009年前后也有很大差异。影响西部地区大气边界层高度和地表热通量的主要因子是0～10 cm土壤含水率和10 m风速;影响东部地区大气边界层高度和地表热通量的主要因子则是云量。在2009年气候突变时间前、后,各影响因子的影响程度有很大变化。夏季高原低层热低压辐合、高层南亚高压辐散的环流形式,为地表能量输送影响高原大气边界层发展提供了动力条件,有利于上升运动。上升运动的气流能将水汽相变中释放的凝结潜热输送至对流层上层,有利于形成潜热通量和南亚高压的正反馈。     

珠江三角洲地区大气混合层特征分析

该文使用珠江三角洲地区部分测站低空温度探测资料,分析讨论该地区边界层内冬、夏季混合层的高度、厚度变化特征,得出该地区混合层高度偏低并具有多层分布的特点。     

青藏高原大气边界层结构特征研究综述

青藏高原对我国东部地区的天气和气候、亚洲季风乃至全球大气环流和天气气候都有重要影响,而高原大气边界层作为连接高原独特下垫面和自由大气的桥梁,在上述影响过程中扮演了重要作用。高原大气边界层观测资料的匮乏严重制约着青藏高原天气与气候研究。本文回顾了青藏高原大气边界层结构特征的研究历史,将这些成果进行了总结和分析,并对目前研究中存在的不足之处进行了探讨。     

激光雷达与微波辐射计联合观测大气边界层高度变化

为了研究苏州地区大气边界层结构的日变化及季节特征,利用2014年1—7月期间大气颗粒物激光雷达对苏州上空大气气溶胶进行了连续观测。选定2014年1月15日、3月16日、5月7日与7月22日全天的消光系数探测数据,通过优化后的梯度法得到了该地区的大气边界层高度,分析了其日变化特征,并分析了边界层高度与地表的温湿变化之间的相关性。结果表明除1月15日外,边界层的变化与地表温度存在明显的正相关,而与地表的相对湿度存在负相关。同时,对站点微波辐射计观测得到的温湿廓线与边界层内消光系数廓线进行了联合研究。研究结果表明,微波辐射计湿度垂直廓线与激光雷达消光系数廓线探测得到的边界层具有良好的一致性。     

苏州东山冬季大气边界层结构特征及其对污染物浓度的影响

利用2015年1月15—27日在苏州东山气象观测站系留气艇观测数据以及细颗粒物浓度观测资料,对东山大气边界层结构特征及其对污染物垂直结构分布的影响进行分析研究。结果表明:苏州东山地区冬季空气污染过程的边界层结构演变比较典型,夜间稳定边界层高度约为200 m,白天最大边界层高度可达1 000 m。边界层内污染物垂直结构分布易受边界层高度的影响,较低的大气边界层高度可使细颗粒物在近地层持续累积;反之,边界层高度较高,湍流发展旺盛,颗粒物垂直分布均匀。夜间大气边界层稳定,逆温结构多发,导致近地面出现细颗粒物堆积。风的垂直结构对细颗粒物空间分布也存在显著影响,在风速较小的低空层细颗粒分布较多,而风速较大的中高层的分布较少。      

ATMOSPHERIC BOUNDARY LAYER CONCEPT MODEL OF THE PEARL RIVER DELTA AND ITS APPLICATION

Based on the geographical circumstance, climate and the boundary layer meteorology features of the Pearl River Delta, a boundary layer concept model of the Pearl River Delta was built. The concept model consists of four fundamental factors that affect the boundary layer meteorology of the Pearl River Delta and can convincingly explain the reason of the air quality change in the Pearl River Delta. The model can be used to the diffusion capability analysis, the air pollution potential forecasting or haze forecasting, etc.     

珠三角北部一次暖区强降水过程中的地形作用

基于ERA5再分析资料、广东省风廓线雷达、雷达拼图产品和实况观测数据, 分析了2020年6月7日夜间-8日珠三角(珠江三角洲)北部暖区强降水过程中主雨带与南岭南部地形走势一致的原因, 阐释地形对此次强降水的触发和维持作用。结果表明: (1)此次过程发生在典型的暖区暴雨环流特征的背景下, 主要影响系统为对流层中层弱短波槽扰动、低空急流和边界层急流脉冲等; (2)雷达回波表现为团状结构, 多以对流单体形态生消, 伴随明显的"列车效应"现象, 但3个不同发展阶段内回波的持续时间、强度, 以及触发地、传播和移动方向等均存在差异; (3)由于边界层西南(偏南)风增强和地形作用, 新的对流单体在珠江口附近和珠三角西北侧被触发, 同时由于南岭南侧地形对边界层暖湿气流的阻挡和拦截等作用, 使得气流在珠三角北部形成明显的辐合抬升, 造成该区域内对流单体移速减慢和汇聚, 增强了降水强度; (4)强降水长时间的持续与海陆热力差异、冷池和边界层暖湿气流增强等引起的地面露点锋和中尺度辐合线有关。露点锋为强降水的发展和维持提供了热力不稳定条件, 地面辐合线加强了对流层底层气流的辐合抬升, 进一步增强了强降水区的降水强度。研究结果有助于认识珠三角北部暖区强降水过程中地形的重要作用, 为今后该区域防灾减灾提供气象理论支撑。      

基于卫星探测资料的珠江三角洲城市群对降水影响的观测研究

利用卫星观测TRMM降水以及QuikSCAT风场资料, 对珠江三角洲地区及临近区域降水的分布特征进行了探讨, 结果表明: (1) 同一纬度相比, 珠江三角洲城市群所处的区域降水明显多于其周边地区, 表明了城市化可能会使所处区域的降水增加; (2) 珠江三角洲城市群所处区域降水的增加存在明显的季节变化特征, 在前汛期城市所处区域的降水增多较其它季节明显; (3) 珠江三角洲城市化对降水的影响与风场的分布密切关联, 降水增多的区域通常位于城市群所在之处及其下风方向的邻近地区; (4) 珠江三角洲城市化使城市群所处区域的降水时次减少, 而降水强度则加强; (5) 珠江三角洲城市群的天气、 气候效应只对对流性降水产生影响, 而层状降水的分布则与城市群的位置没有明显关联。     

CHARACTERISTICS OF BOUNDARY LAYER AND ITS EFFECTS ON ATMOSPHERIC AEROSOL CONCENTRATIONS IN DONGGUAN, GUANGDONG

The structure of atmospheric boundary layer determines the ability of atmospheric dispersion and has an essential impact on airborne aerosols. In this paper, the data of a radio sounding experiment held in Dongguan National Meteorological Observation Station, which is in a coastal city in Pearl River Delta, as well as the data of atmospheric aerosols, were utilized in order to analyze the characteristics of atmospheric boundary layer and its effects on surface aerosol concentrations. The results are showed at follows: the local circulations, associated with dominant winds, made complex structures of atmospheric layers, as the cold air and systematic winds weakened in the end of a cold air event. Weakened wind shears and inversion layers, especially a strong near-surface inversion layer, remarkably diminished the atmospheric diffusion abilities and facilitated an especially high concentration of surface aerosols. The convergence line or weak shear line of sea breeze in the ground level helps weaken the atmospheric diffusion abilities and results in atmospheric aerosols accumulation.     

珠江三角洲区域大气输送和扩散的季节特征

根据1985—2004年NCEP/NCAR再分析资料,采用HYSPLIT扩散模式和虚拟源方法,模拟分析了珠江三角洲大气污染物的空间和时间分布状况,初步讨论了珠江三角洲大气输送和扩散的季节特征,及其长期变化趋势。结果表明:珠江三角洲大气的输送和扩散有明显的季节变化特征,春、夏季大气污染物汇聚区位于珠江三角洲的西北侧,秋、冬季位于偏西侧;春、夏季的汇聚区明显强于秋、冬季。春、夏季大气分别向珠江三角洲西北和偏北方向的山区输送和扩散,而秋、冬季则沿着较为平坦的粤西海岸,向西南偏西方向输送和扩散。秋、冬季大气污染物的滞留时间明显比春、夏季短。1985—2004年大气输送和扩散能力存在年际差异,其中以2004年的输送和扩散能力最弱、1996年最强。     

基于CMA-TRAMS集合预报的“5·22”极端降水事件可预报性分析

2020年5月22日珠江三角洲地区出现了一次极端强降水天气,最大滑动小时雨量201.8 mm,3 h雨量达到351 mm。为探讨此次极端强降水的关键预报因子及可预报性,对热带中尺度集合预报系统（CMA-TRAMS（EPS））降水预报产品进行检验评估和敏感性分析,结果表明:与欧洲中期数值预报中心集合预报系统（ECMWF-EPS）相比,CMA-TRAMS（EPS）的好成员对本次过程降水强度及位置的预报结果与实况更接近,但对极端性预报仍有欠缺。好成员的预报能力来自于对低涡和（超）低空急流的演变特征以及两者强度和位置耦合的有效预测。好成员组预报珠江三角洲东部（超）低空急流南风分量较强,有利于低涡缓慢移动和气旋性辐合增强,致使降水持续时间长、效率高。而低涡自身发展又反馈于急流强度变化,好成员组较准确地刻画了增强的低涡环流反馈导致急流小范围加速的耦合特征。其他成员组预报的低涡和（超）低空急流的耦合位置偏东、偏南,辐合强度偏弱,导致降水强度或落区出现偏差。此外,强降水致使冷池形成,并增强激烈的冷、暖气团对峙（水平温度梯度达0.23—0.76℃/km）,有利于中尺度辐合线维持,加强对流后向传播并产生极端降水量。但CMA-TRAMS（EPS）两组成员在预报中尺度系统的组织性和传播特征方面均存在明显不足,限制了集合预报系统对极端降水的预报能力。      

珠江三角洲东部低层大气流动与中尺度扩散特性

采用拉格朗日随机粒子扩散模式和三维风场诊断模式及实际气象观测资料,模拟分析以大亚湾核电厂厂址为中心的珠江三角洲东部地区低层大气流动和气载污染物的中尺度扩散情况。结果表明:(1)该区域低层大气流动受盛行风背景、天气系统、海陆风局地环流以及当地地形扰动的共同作用,季节变化明显。(2)冬-春-秋季,核电厂扩散的可能影响区域总体分布在偏北内陆方向和西南方的珠江出海口及外海地区,夏季总体分布于北方内陆地区。(3)污染物扩散输送出200km×200 km模拟区域的平均时间约12~20 h;污染物在模拟区域内滞留24 h以上的情况,冬-春-秋季三季的出现频率为1/5左右,夏季出现较少,约占1/20的比例。     

中国东部不同区域城市群下垫面变化气候效应的模拟研究

本文利用法国动力气象实验室发展的大气环流模式(LMDZ)对珠江三角洲(简称珠三角)、长江三角洲(简称长三角)和北京市、天津市、河北省区域(简称京津冀)城市群下垫面变化的东亚气候进行模拟试验, 以探讨不同区域城市群下垫面变化带来的夏季气候效应及其可能机制, 结果表明:珠三角、长三角和京津冀城市群下垫面类型改变后, 地表潜热蒸发显著减少, 为了平衡地面能量收支, 地面温度升高, 进而感热通量、地表有效长波辐射增强, 地表通过升温对能量进行再分配和再平衡, 且下垫面改变引起的温度、地表能量变化基本集中于城市群下垫面变化区域, 温度响应具有显著的局地性;对比不同区域城市化温度响应的强弱, 发现各区域地表气温变化和能量变化存在较好的对应关系, 长三角、珠三角城市群的总能量变化远高于京津冀城市群, 其局地增温也是京津冀城市群的一倍以上;局地温度增加, 虽有利于低层形成热低压, 出现明显上升运动, 但蒸发减弱使局地水汽明显减少, 最终导致降水减少, 表明水汽条件改变是降水减少的主要因素。同时由于中国东部高层呈现南正北负的异常变化, 西太平洋副高加强西伸, 使降水减少区域并没有集中在局地, 特别是东部城市带试验中, 出现了东部地区大范围的降水偏少。