辽宁葫芦岛地区海陆风及热内边界层研究

根据2007年辽宁葫芦岛气象站资料分析了葫芦岛地区海陆风变化特征,并用MM5v3模式模拟了典型日的海陆风风场变化和热内边界层位温场结构变化。结果表明:海风和陆风出现的频率有明显的季节性变化。冬季陆风较多,春夏海风较多,春季、秋季易形成海陆风;海风起止时间夏季长冬季短,陆风起止时间秋冬季较夏季长;典型海陆风日中,海风造成陆地湿度变大,海风风速大于陆风风速;通过海风的数值模拟,海风由生成到成熟海岸吹向内陆其厚度可增厚到2 000 m以上,伸向内陆距离可到40 km;热内边界层向内陆呈舌状分布,海岸边界层高度在200-300 m之间,抛物面高度随着向内陆延伸的距离增加而升高。热内边界层最高达1 800 m。     

2006年8月青岛国际帆船赛期间海陆风特征及三维结构分析

利用2006年青岛国际帆船赛期间(2006年8月9~31日)的观测资料,对赛场附近的海陆风特征进行了分析,并根据激光雷达和多普勒雷达资料分析了海风的三维结构,结果发现:(1)青岛国际帆船赛期间海陆风发生的频率非常高;陆风时间一般在03:00~09:00时;在副高控制下,赛场全天风速较弱,一般在2.5 m.s-1以下,风向也不集中,陆风多为东北北方向,海风的方向则以东-东南风为主。海风形成的时间较迟,而副高边缘的海陆风较明显,海风形成时间相对较早。海风形成后,风速一般在3~4 m.s-1,为一天中风速最大的时段;风向也较集中,陆风以北-西北北风向为主,海风以东南风为主;(2)海陆风消亡时,风速往往迅速减小,海陆风越强,风速减小得越厉害。(3)海陆温差不是决定海风强弱的唯一因子。(4)海风在垂直方向一般比较浅薄,多在300 m以下。发展强盛的海风垂直高度可达1.5 km左右,向内陆推进100 km左右。多普勒雷达风廓线产品却可以较好地反映赛场附近海风风向的转变和垂直结构。     

福建沿海地区海陆风的时空分布特征

本文利用福建沿海8个70 m及2个100 m高度梯度测风塔1 a的多层风观测数据,分析福建沿海海陆风的时空及日变化特征.10个测风塔均匀分布于从南到北沿海,2009年6月1日～2010年5月31日开展了为期1 a的观测,采用50 m高度夜间02:00时前后的风向度数与午后14:00时前后的风向度数相减,其差值的绝对值在90°～270°之间,并且海风及陆风的维持时间均大于3h,定义为海陆风日.分析表明,受台湾海峡的影响,福建沿海海陆风日数南、北多,中部少,中部沿海海陆风日在44～ 60 d之间,长乐以北沿海为66 ～ 94 d,漳浦以南为69 ～92 d.海陆风的季节变化表现为春季最多,夏季其次,秋季最少.海陆风的日变化特征表现为:春季陆风变海风的时间在09:00 ～10:00时左右,夏季在08:00 ～09:00时左右,秋冬季在09:00 ～ 10:00时左右;而海风变陆风的时间各季均在20:00时左右.海陆风的转换一般从低层开始,至100 m高度相差30 min左右;由于受地形的影响,福建沿海大多数海陆风日有其特点,即风向转换时角度变化较小,风向不与海岸线垂直,反而近于与海岸平行;海陆风转换时,当海风为偏北风时,上午陆风变海风时风向顺时针偏转,傍晚逆时针偏转,由海风变陆风;当海风为偏南风时,正好相反.     

西太平洋暖池区低层大气气象学特征的观测分析

根据TOGA—COARE强化观测资料分析西太平洋暖地区低层大气的气象学特征。讨论北半球冬季(11月-2月)该区域海面风和温度的特征,ITCZ及其有中尺度动力学特征的赤道大气涡(Eddy)的演变特征,对流混合边界层大气和低层正压大气层特征,以及云形态及降水特征等。指出,对于赤道大气,把正压大气层顶取为700hPa是合适的。     

青岛地区霾污染天气特征分析

通过统计分析2003—2013年气象观测和环境空气质量监测数据,给出了青岛霾污染天气的时空分布和边界层特征。青岛中度污染以上的霾污染天气多发生在12月~次年1月,空气质量指数(AQI)的日变化有明显的"三峰"特征,城市灰霾带位于市北区至李沧区、以及崂山西侧弱风区一带。青岛60%的霾污染天气发生在500hPa冷槽底或冷槽后部的大气环流背景下,地面多对应高压中心或鞍型场等均压场形势。当出现霾污染天气时,边界层逆温厚度、强度与AQI变化有一定的正相关关系。青岛地区吹陆风时污染物浓度高,海风时污染物浓度低。当陆风风速达到4.5m/s以上,或持续海风时,对污染物有清洁扩散作用。     

青岛沿海复杂地形低空风场、湍流特征与大气污染的关系

本文根据青岛台东区低空气象探测资料和主要大气污染物浓度资料,首次探讨青岛沿海复杂地形的低空风场、湍流特征与大气污染的关系.结果发现,冬季盛行风在低空复杂地形下易产生与上空完全相反的回流,使得部分污染物在回流区内往返积累;夏季存在海陆风环流,海风入侵高度约300m,且易与低空风向的回流相混合,加剧大气污染.该区的湍流较强,能较好地扩散大气污染物,各种扩散参数比国标高.最后提出治理建议.     

上海石化地区向岸风-离岸风的长期特征

水陆交界地区出现的向岸风、离岸风局地环流使海岸附近排放的污染物限制在环流中较长时间,易造成大气高浓度污染状况.本文利用上海石化地面气象常规观测资料,确定了简单易用向岸风、离岸风划分方法,通过对气象数据库中1981～2005年24h逐时风资料分析,获得了向岸风、离岸风的各项长期特征.     

海岸地区边界层风及其输送扩散特性的观测研究

本文介绍了渤海湾秦皇岛地区实施的一次测试研究。以观测事实的分析为基础,着重对海岸环境的风特性、局地环流现象、内边界层和PBL结构及各种特征参数作了研究,得出一些规律性结果。发现局地海风自08:00开始发展,逐渐增厚向上发展并可维持到18:00开始减弱并转换。平均海风厚度层达300—500m,平均风速2.8m/s。热内边界层高度有实验关系 h_θ(x)=69.2((ΔT·R·x)/(?))~(-1/2)。文中还给出湍流特征量U_*,T_*,R_i,L和扩散系数K_z的计算结果。这些基本观测结果和参数为进一步的实际应用,提供必要模式参数和实验依据。     

青岛近岸一次海陆风过程中大气波导成因的数值研究

采用新一代区域大气数值模式WRF对2006年8月21日青岛地区一次典型的海陆风过程中的大气波导现象进行了详细的数值模拟研究,以探究海陆风过程中大气波导的形成机理。WRF数值结果较好地再现了海陆风及大气波导的发生发展过程。基于高时空分辨率的WRF数值模拟结果,对海陆风过程中大气波导的形成机制进行了详尽的分析,结果表明:湿度突变层的存在是导致波导发生的主要因素,此次波导过程无逆温层的存在;波导随海风的出现而形成。午后,海陆温差增大,海风在海陆热力性质差异的驱动下形成,并将大量水汽带到近岸,使近岸底层大气相对湿度增大,陆上暖干空气在海风环流作用下向海洋一侧平流,最终在海洋上空下沉,海洋大气边界层发展成为具有稳定层结的热内边界层;同时,下沉的干空气与底层湿空气形成较大的水汽垂直梯度,有利于大气折射指数随高度减小,形成大气波导。海风环流减弱至陆风环流形成发展后,水汽垂直混合均匀,大气波导随之减弱、消失。地形因素对波导的形成作用显著,地形的阻挡使海风携带的大量水汽在向海一侧积聚,在海风环流作用下波导形成于陡峭地形向海一侧。     

辽东湾西岸海陆风特征分析

从葫芦岛气象站5年历史地面观测资料的统计分析中获得158个海陆风个例,对每个海陆风个例的初始和最大海风时刻、风向、风速和初始海风到最大海风的时间差、风速差及转海风前后的湿度变化进行了统计和分析,并与内陆站、海上站的观测资料进行了对比分析,揭示了该地区海陆风环流的统计特征和季节变化规律。     

南海季风试验期间海面低层大气过程的初步数值模拟试验

采用一维高分辨率大气边界层模式(OSUPBL),模拟了南海海面低层大气,得到高分辨率的海面低层大气的各种气象要素及界面通量和能量平衡关系,并将模拟结果和南海季风试验(SCSMEX)观测结果和日本气象厅(JMA)再分析资料进行对比分析.结果指出,OSUPBL模式模拟得到的海面大气边界层的风速、温、湿垂直廓线,大气边界层高度以及海表面短波辐射、长波辐射、感热、潜热通量、净辐射和海面热收支等与实际观测结果基本一致.     

固体激光测风雷达扫描镜旋转控制系统

多普勒激光测风雷达是近年来方兴未艾的 1种全新的大气风场探测手段。但是激光测风雷达直接测量的是视线方向上的激光反射光的频移 (视线风速 )。在这个基础上 ,激光雷达还必须能够获得多方位的风速数据才能够反演出风场。这就需要相应的光学扫描系统 ,它在保证发射、接收视场重叠的前提下 ,控制激光束投射到指定的方向 ,使激光雷达获得不同视线角度的风速数据。本文介绍的激光雷达测风系统中的光学扫描部分实现了上述要求 ,在水平旋转和俯仰控制上的精度都达到了<0 .5°。完全能够满足激光测风系统的实用需要。     

青岛一次局地大暴雨的中尺度环流特征分析

利用多普勒雷达、地面自动站、垂直风廓线及GPS 水汽分布等多种新型探测资料,对2008 年8 月14 日下午,奥帆赛期间发生在青岛地区的局地大暴雨天气的影响系统和中尺度强降雨形成的动力机理进行了综合分析,并通过0.5 km WRF模式的数值模拟给出了有地形阻挡情况下海风环流模型.研究结果表明:副高减弱东撤和弱冷空气南下在中低空形成闭合低涡是造成这次过程的主要天气尺度影响系统.海风中尺度辐合带上有风向切变辐合、大暴雨中心有明显的雷暴高压等中尺度天气系统.海风锋区辐合扰动向上传播,引发边界层扰动,是青岛局地大暴雨形成的主要抬升因素,而来自东南海洋上的暖湿平流为大暴雨的产生提供了充沛的水汽和能量.海风锋区辐合带上触发的强对流是大暴雨形成的直接原因;来自于海上的低空急流带来的大量水汽对强降雨的发生具有重要作用.海风在深入陆地后所发生的辐合和上升运动,对造成海风所触发的局地大暴雨有着极其重要的作用.     

黄海春季海雾形成的气候特征

采用合成与个例分析相结合的方法,对黄海春季(4月)海雾形成的大气环流条件、水汽输送条件以及海面条件(SST)进行了分析,并讨论了海面的有效长波辐射,结果表明,黄海春季海雾形成的水汽不是由局地提供的,而是由热带大气提供的,大气环流提供了暖湿空气的输送条件,海面条件相对并不重要,海雾在低层大气与海洋的热交换中具有明显地反馈作用.     

台湾海峡西岸海陆风气候特征及其环流形势分析

利用福建内陆以及沿海的站点观测资料、NCEP再分析资料以及EOF方法,对比分析了台湾海峡西岸不同区域海陆风气候特征及其对应的大气环流形势。结果表明:空间分布上看,海峡西岸的海陆风平均频次呈现南北多,中部少的特点。时间分布上看,4、5月以及夏末秋初海陆风日较多,冬季相对较少。北、中、南部海风(陆风)的平均起风时间呈现一种阶梯变化,北部最早,南部最晚。当副热带高压加强西伸控制华南大部分区域,且地面没有明显主导系统时,海峡西岸更容易出现海陆风。这可能是由于副高加强能够导致海陆热力温差加大,从而导致海陆风更易出现。     

黄海海雾数值模拟中多普勒雷达径向风数据同化试验

基于WRF(Weather Researchand Forecasting)模式及其3DVar(3-DimensionalVariational)模块,发展了一套多普勒雷达径向风数据的同化方案。针对2次黄海海雾个例展开了一系列同化效果对比数值试验,详细分析了同化雷达径向风数据对雾区产生改进的原因。研究结果表明:(1)仅同化常规观测数据不足以纠正初始场中海上大气边界层湿度偏干的状态,导致海雾模拟失败或雾区严重偏小,因此在同化多普勒雷达径向风数据之前,必须先同化从海雾卫星观测中提取的湿度信息;(2)同化多普勒雷达数据不仅显著地直接改进了近海面大气流场,而且会间接改善温度场,从而进一步提高海雾的模拟效果——2次海雾个例模拟雾区的ETS(Equitable Threat Score)评分改进率分别达到66.7%与62.1%;(3)黄海海雾数值模拟中首先要改进海上大气边界层的湿度与温度层结,在此基础上进一步改进近海面大气流场十分必要。     

北极夏季大气垂直结构与空间分布特征

低层大气垂直物理剖面是研究大气边界层过程、模拟大气环流过程和进行天气预报的关键参数,海洋特别是北冰洋地区是气象实测资料的稀疏区甚至是空白区。因此,中国第6次北极科学考察期间(2014年7月21日至9月11日),我们使用GPS低空探空系统,对北极地区的大气垂直结构和边界层特征进行了观测实验。实地观测结果表明:(1)递减率对流层顶(LRT)和冷点对流层顶(CPT)均能准确的判断该地区对流层顶的高度和温度,NCEP再分析资料在较低纬度能够很好的反应对流层顶变化特征,但是在海冰密集的北极地区(海冰密集度达9成以上)则相对较差,所以很有必要在该区域开展探空观测研究。(2)在高空存在一个明显的低温区和高空急流,低温区和高空急流中心区的海拔高度与对流层顶高度一致;在晴天和少云天气,对流层顶高度变化不大;在多云和阴雨天气,随着纬度的升高对流层顶高度逐渐降低。在晴天和少云天气相比多云和阴雨天气,高空急流区的强度较弱,垂直和水平均范围较小。(3)CPT和高空急流的高度随着纬度有降低的趋势,75°N以北的区域降低显著;对流层垂直温度递减率随着纬度呈现出逐渐增大的趋势。(4)观测期间,在海拔3km以下均存在多个逆温层。其中风速切变在逆温层的消失或者减弱过程中起着重要作用,而在80°N以北区域,对流层顶逆温(TIL)明显小于其他区域。表明极点附近对流层与平流层之间的物质和能量交换相比其他区域更加强盛。     

多普勒测风激光雷达三波束反演方法与实验

为研究激光测风技术中五波束和三波束风廓线反演方法的异同,采用波长1.5μm的相干多普勒测风激光雷达在中国海洋大学崂山校区进行风场测量。利用三波束风廓线反演法对13 d的多普勒激光雷达观测数据进行计算,设定信噪比和数据获取率门限阈值,对数据质量进行控制,将计算结果与五波束风廓线反演法的计算结果进行比对分析。与五波束风廓线反演法相比,三波束风廓线反演法仅用三个方向的径向数据反演风廓线,可缩短观测时间跨度,从而提高数据刷新率,在气流不稳定的情况下可获取更多的风场特征参数。比对结果表明,两种风廓线反演法的计算结果在不同高度上均表现出良好的一致性。90 m测量高度处的风速决定系数为0.9825,风向决定系数为0.9769;随着湍流强度增大,两种风廓线反演法之间的差异呈增大趋势。     

东亚地区春季一氧化碳的输送特征研究

以ECMWF ERA-40再分析资料构建的气象场为驱动场,利用全球三维大气化学模式MOZART-2,模拟了2001年3月大气污染物浓度的全球时空分布,并以一氧化碳(CO)作为示踪剂分析了春季东亚污染物向西太平洋地区输送的路线和机制.为了检验模拟结果的合理性,对TRACE-P 期间典型天气过程下的模拟结果与观测结果进行了比较.比较结果显示,模拟结果可以较好地再现2001年春季冷锋过境期间与东南亚深对流运动加强的天气形势下,东亚污染物向西太平洋地区输送的2大主要路径及其特征:(1) 污染物被冷锋系统提升后,在对流层中层向西太平洋快速传输;(2) 强烈的大气对流运动可以导致东南亚生物质燃烧产生的污染物在对流层上层向西太平洋输送.     

CALIOP数据在星载相干多普勒测风激光雷达性能仿真中的应用

利用2007—2008年21个月CALIOP测量的夜间气溶胶后向散射系数的全球三维平均分布数据取代传统仿真中的气溶胶模型数据,对晴空条件下的2.1μm相干多普勒测风激光雷达的测风性能进行了计算机仿真研究。仿真结果表明,采用合理的系统参数设计,在20°S至40°N之间4.5km海拔之下单激光脉冲的径向风速误差普遍小于1m/s。以1m/s作为可接受风速误差的标准,符合标准的最大可测量海拔高度向两极方向递减,在南极附近减至1~2km。若10个激光脉冲平均测量,在对流层下层风速误差可降至0.5m/s以内,且在35°N附近最大可测量海拔高度可达5.5km。