呼和浩特市低空风的特征分析

根据呼和浩特市地面气象站多年资料和高空站近10年探空资料，分析了该地地面风的特征、风的垂直分布和日变化特征等。给出了呼和浩特市近地层600m以下低空风速随高度变化的幂指数以及冬、夏季各类温度层结下的平均风速廓线。指出：呼和浩特市冬季多受局地环流控制，小风和静风频率高，大气污染物不易被稀释和扩散，是造成城市大气污染的重要原因。     

扩散参数的风速订正及短期扩散浓度的分布概率

本文对扩散参数σ_y、σ_z的随机波动性进行了若干物理分析,得出结论为:(1)风速对σ_y,σ_z随下风距离的变化规律有较大影响;(2)短期浓度模式计算中,扩散参数的随机波动不可忍略。利用1983年10月南京大厂地区的实测资料验证了上述结论,对扩散参数随下风距离的变化规律作了风速订正。本文并试图通过风速的概率分布来获得扩散参数的概率,从而进一步探讨以概率的形式来表示短期扩散浓度的分布。     

海岸地区空气污染物输送与扩散的数值模拟

本文建立了求解三维扩散方程的数值模式,以经过处理地形影响经连续方程调整模式计算得到的三维风场和实测铅直湍流扩散系数作为输入,模拟了沿海城市秦皇岛地区海陆风演变过程中空气污染物(SO_2)浓度的时空分布(x-y和y-z两个剖面)。模式的数值求解,在水平方向采用伪谱方法,铅直方向采用上游格式和六点格式,对三维扩散方程运用分步求解的数值方法,用计算所得的地面SO_2浓度分布和实测值比较,一致性相当好。显示在早晨和傍晚出现极大值,午后出现极小值。计算所得的日平均浓度与实测结果相比,也相当吻合。分析表明,本文所建模式行之有效,且数值计算稳定性表现良好。     

中性大气全边界层风廓线数值计算方法的探讨

行星边界层风廓线的计算研究。是边界层结构理论研究的组成部分,对中尺度大气扩散模式有重要的应用价值。 本文为了寻求合适的风速廓线计算方法,用仪征地区的实测资料验证了Blackader及Lettau(1962)提出的方法。並对某些参数进行适当的修正。计算值与实测资料是符合的,与其它一些研究成果也较一致。验证结果表明:上述计算方法可适用于我国平坦地区边界层风速廓线的分析研究。     

一次秋季大暴雨的风廓线特征分析

2008年10月21日青岛胶南地区出现大暴雨过程,胶南站降水量达到了149.5mm。利用胶南边界层风廓线雷达资料,分析了这次大暴雨过程中风廓线资料演变以及利用风廓线资料计算得到的风暴相对螺旋度（SRH）特征。结果表明：当风廓线资料中存在弱风区时,虽然上下层间有风向顺转和有暖平流,但对应地面降水较小。随着最大风速增大及其高度的下降,地面降雨逐渐增强。12m·s-1风速的最低高度不断降低、大于12m·s-1的风的整体厚度不断增大的过程,对应了地面降雨强度不断增大过程。低层SRH与降雨强度有较好的对应关系,在短时临近预报中应该重点考察低层SRH的变化。在实际工作中应实时计算SRH,与风廓线风羽图对比使用将会更有效。     

宜昌冬季两次降水过程大气边界层的观测分析

利用宜昌2007年12月10-25日的加密观测资料,分析了两次低值系统经过宜昌时大气边界层的温湿风廓线结构及其日变化特征。结果表明：位温廓线具有明显的日变化特征,对流边界层在白天出现和发展,其高度可达600m,而稳定边界层在夜间出现和发展,其高度可达300m,降水会抑制对流边界层和稳定边界层的发展;湿度廓线结构及其日变化与对流边界层的发展有关,总体上湿度随高度减小,贴近地面的薄层湿度随高度减小较快,而混合层内湿度随高度变化较小,出现降水时,近地层的湿度有明显增加,大气边界层内湿度随高度快速平稳减小;风速廓线结构比较复杂,总体上风速随高度增大,在大气边界层低层有时会出现一个风速极大值,风速廓线没有明显的日变化特征,大气边界层内风向变化较大,但以偏东风为主。     

上海市气象场与SO2浓度数值模拟

采用地形坐标系下适合于复杂地形且满足地－气耦合的静力学三维中－β尺度气象预报模式，使用08时的实测流场经变分法初始化后得到的初始流场，模拟研究了上海地区的局地流场时空演变特征，模式较细致地考虑了湍流，长短波辐射，凝结，蒸发，地表热力平衡等因子，在此基础上，使用有限元法数值求解一阶闭合的三维区拉平流扩散方程，模拟了上海地区的SO2浓度分布，结果表明：上海的局地流场具有明显的日变化特征，受海陆温差的影响明显，日间风速较夜间风速大，风向呈顺时针旋转，在不同稳定层结情况下，高架点源排放的高空污染物对地面的污染物浓度有贡献，会千成地面污染物浓度升高。     

城市建筑物动力冠层方案的引入及应用研究

文中将建筑物动力冠层方案引入到城市边界层精细模式中,该方案描叙了城市地Ⅸ建筑物对气流的拖曳作用以及建筑物形态对城市地区湍流活动动量输送的影响.采用建筑物拖曳法和建筑物动力冠层方案两种不同建筑物动力学处理方法对北京地区东南部进行模拟,通过城市地区水平风速的模拟结果与自动气象站实测资料对比发现模拟结果与实测相当吻合,建筑物动力冠层方案的引入能够更好地实施对城市地区的水平风速分布的数值模拟.分别采用建筑物拖曳法与建筑物动力冠层方案对一个实际小规模城市进行模拟试验,分析表明引入建筑物动力冠层方案可以模拟出小规模城市地区水平风速偏低的现象;还可以模拟出城市地区建筑物动力作用对湍流活动的影响;对湍流动能模拟结果表明比较符合实际分布情形.采用建筑物动力冠层方案对小规模城市地区建筑物高度变化对城市地区的流场及湍流活动的影响进行模拟分析,结果表明:城市地区建筑物高度增加,风速变小,但是高大建筑物底部风速略高于低矮建筑物底部;城市地区大气湍能增加,高大建筑物底部湍能较小,冠层高度内湍能随高度增加而增加;同时城市地Ⅸ的垂直扩散系数也随建筑物高度增加而增加;城市地区污染物排放高度处污染物浓度较低,下游乡村地区地面污染物浓度较低,但高空污染物浓度却较高.     

上海世博园上空边界层风垂直变化观测研究

利用平矩阵风廓线雷达于2007年7月17日至9月28日对上海世博园规划区上空的风垂直分布进行了观测.通过分析该地上空三维风场的日变化,发现夜间以偏西气流为主,白天风速较小,以偏东气流为主,表明该地区以海陆风为主导的环流特征是这一地区的局地环流日变化的基本特征.逐日变化分析表明,在8月2日以前主要以偏西北气流为主,之后基本是以东南气流为主,并且垂直运动特征以上升气流为主,强烈的垂直运动与偏西气流相关密切,同时偏北气流往往带来较强的上升运动.日夜平均廓线分析表明,夜间风速较大,并且夜间风速的垂直变化与白天相比也有很大不同,白天270 m以下风速随高度基本不变,而夜间从近地面向上风速随高度逐渐增大,低层<90 m的范围内白天风速大于夜间风速.城市冠层以上风向的日夜变化不明显,多为偏北气流控制.城郊风廓线的对比表明受城市下垫面粗糙度的影响,城市风速明显比郊区减小.城市和郊区的水平风速变化在城市冠层以上比较接近,相关系数达到了87%.     

下垫面对大连低层高空风速分布的影响

本文利用大连1955年气球测风原始记录,根據11∶00和23∶00从海上来的风和从陆上来的风进行分类,得出四种情况下大连低层高空的风速随高度的分布.假定湍流系数K=(a-bz)~2,对不同情况 a,b 取适当的数值;并且考虑适当的热成风,则由理论算得的风速廓线和实现观测的平均风速分布相当符合.因此本文给出不同温度层结不同下热面影响下的风速分布以及湍流系数 K 随高度的改变情形.     

城市热岛效应对污染物扩散规律影响的数值模拟

用一个二维非定常扩散方程模拟了夜间城市边界层中三种不同有效高度(20m,72m和110m)连续线源所产生的污染物浓度分布特征。数值试验结果表明:不管是否出现热岛环流,城市热岛效应使高架源产生的地面浓度增大,而使近地面源所产生的地面浓度减小。这是因为城市下垫面的热力和动力作用改变了一般的边界层低层的温度结构和湍流结构所致。     

海面与海岸陆面风速廓线特征

利用位于江苏海岸陆地的两座测风塔以及福建海面的一座测风塔气象要素资料,分析了这两种下垫面风速、湍流等要素的日变化规律及廓线特征,探讨了这两种不同下垫面特征导致的风力特征差异。结果表明:海岸陆面日最大风速出现时间较内陆滞后,最小风速出现时间与内陆相差不大,风速日变化位相随高度滞后,日振幅随高度减小,冬季70 m高度风速日变化特征与10 m高度风速日变化特征相反,夜间大于白天,说明冬季的过渡层转换高度低于夏季;海面风速的日变化位相、日振幅等特征随高度变化很小。两种下垫面的风廓线用对数律、指数律拟合的效果相当,海岸陆面的风廓线指数呈现的规律为离岸风组大于向岸风组,冬季大于夏季;海面风廓线指数呈现的规律则是向岸风组大于离岸风组,夏季大于冬季。     

山区城市大气污染物传输扩散的数值模拟

利用Monte-Carlo模式预测了山区城市（贵阳市）的SO2地面浓度分布。为实现城市面源的数值模拟，对Monte-Carlo模式的浓度计量和水平扩散等方面做了改进。作为模式的输入参数，风场得自于对三维观测数据的客观分析，湍流的参数化公式按现场超声风速仪实测数据进行了调整和校核。其风廓线不完全遵循一般规律，在距地面50—500m之间，常出现一极值风层；该地区具有典型的山区小风扩散特征，稳定时u、v湍谱峰值明显地移向低频，水平扩散明显偏大。对模式做了理论和实验校核。在均匀湍流场条件下，和解析结果一致；冬季日平均浓度的预测值和监测值的相关系数为0.96。数值模拟结果表明:贵阳市冬季大气污染物的传输扩散主要依赖于强不稳定的天气条件和极值风层的扩散和通风作用。     

基于不同时间尺度风切变指数推算风资源的对比分析

利用2014—2018年辽宁省探空资料分析了水平风速的垂直风廓线分布特征。用2座代表性测风塔逐时梯度风观测分析了采用不同高度组合方案计算出风切变指数的月、日变化特征, 分别用月、小时、年风切变指数推算高层风速和风功率密度, 并与实测对比。结果表明: 沈阳相较于大连地区风速随高度增加较快, 180 m高度以上风速基本保持不变, 而大连因其纬度低且靠近海洋, 300 m以下风速均匀上升。在非复杂地形情况下, 距地面10 m高度以上间隔一定高度设立4层风观测, 基本可以满足近地层风资源评估需求。受太阳辐射、下垫面、海陆热力性质差异等影响, 辽宁省风切变指数日变化特征比月变化更显著。利用小时风切变指数推算高层风速和风功率密度的方案优于采用月、年风切变指数方案。风切变指数日变化越显著, 采用逐时风切变指数推算方案越优于其他计算方案。     

烟囱和逆温高度对污染物输送和扩散的影响

早期扩散模式都假定平均风是单向的、均一的,因而可以应用高斯分布。不过,高烟囱的出现使愈来愈多的污染源处在地面边界层之上。在行星边界层里风向和风速都随高度改变,污染物的输送和扩散与均匀流场里的情况大大不同。本文给出烟囱高度和大气热力层结对行星边界层里污染物浓度分布的影响。一、方程和扩散模式行星边界层里的平均风和温度在水平方向可认为是均一的,水平尺度比垂直尺度大得多,扩散方程、运动方程和热力方程分别为     

上海市气象场与SO2浓度数值模拟

采用地形坐标系下适合于复杂地形且满足地-气耦合的静力学三维中-β尺度气象预报模式,使用08时的实测流场经变分法初始化后得到的初始流场,模拟研究了上海地区的局地流场时空演变特征。模式较细致地考虑了湍流、长短波辐射、凝结、蒸发、地表热力平衡等因子,在此基础上,使用有限元法数值求解一阶闭合的三维欧拉平流扩散方程,模拟了上海地区的SO₂浓度分布。结果表明:上海的局地流场具有明显的日变化特征,受海陆温差的影响明显,日间风速较夜间风速大,风向呈顺时针旋转;在不稳定层结情况下,高架点源排放的高空污染物对地面的污染物浓度有贡献,会造成地面污染物浓度升高。     

行星边界层内扩散特征的一个数值研究

使用近年来PBL内实测平均风,湍流统计量和拉氏时间尺度随高度变化的结果,对用最简单的二阶闭合假设导出的三维定常物质连续方程作数值解,分析讨论了风速、风向和湍流统计特征量的垂直切变以及粗糙长度z_0对PBL内浓度分布的影响。本文的结果对PBL内湍流扩散本质的认识及污染模式的建立均有益处。     

风沙流中风速廓线的数值模拟与实验验证

如何描述风沙流中被风沙运动改变了的风速廓线是风沙相互作用研究中的关键问题之一.该文中将跃移风沙流视为一种颗粒拟流体,将跃移颗粒对气流产生的阻力用颗粒流的阻力系数来表达,建立了描写两场相互作用的数学模型.颗粒流的阻力系数采用了前人在液态流化床研究中得出的阻力系数表达形式,通过引入一个修正系数,使其适用于风沙流(气-固两相流).将风沙边界层划分为跃移颗粒所产生的阻力不可忽略的内边界层和跃移颗粒阻力可以忽略但受内边界层影响的外边界层,分别建立了内边界层和外边界层的风速廓线表达式.应用所建立的数学模型,根据由风洞实验测定的跃移风沙流的浓度分布和速度分布资料,计算了跃移风沙流中的风速廓线,并与风洞实测结果进行了对比.结果表明,计算风速廓线与实测风速廓线吻合得比较好,在半对数图上均为上凸的曲线,有别于无风沙运动时的直线.跃移边界层外风速分布可较好地用对数函数来描述.对风沙流中风速廓线的进一步分析证实了风沙物理学奠基人Bagnold在其早期观测风沙流中的风速廓线时提出的"结点现象"(Bagnold结),该结点的高度随风速的增大而升高,随颗粒粒径的增大而降低.根据数值模拟和模拟实验,可以认为有风沙运动的动床剪切风速是综合反映风场与跃移层以及地表之间相互作用的物理量.     

延吉市边界层风场特征分析

利用风廓线雷达在延吉市开展了边界层风场的探测研究,根据2012年4个月逐日的边界层风场探测资料,分析了延吉市大气边界层风场的时空分布特征,得到了逐月的高空风廓线图。结果表明：1000m以下,水平风速和垂直风速随高度均呈现出增加的趋势,地面风速最小,750-1000m高度处存在明显的风切变层;2月和7月高空水平风速随高度的增加而增加,4月和10月高空水平风速变化呈单峰型的变化趋势;2月垂直风速随高度的增加逐渐增加,7月随高度的增加逐渐减少,4月和10月随高度呈双峰型的变化趋势;各月在1000～2000m高度垂直风速较小;各月水平风除个别高度外均以西风或偏西风为主导风向,垂直方向以下沉气流为主。     

气象条件对石家庄PM_(2.5)浓度的影响分析

利用2013~2014年石家庄逐小时PM2.5监测浓度与地面及探空等气象观测资料,从大气的垂直扩散、水平扩散和地面局地环流等方面,探讨气象条件对PM2.5浓度的定量影响关系。结果表明:(1)石家庄PM2.5浓度具有明显的日、月和季节变化特征,早晨08时前后PM2.5浓度最高,下午16时前后浓度最低;冬季PM2.5浓度最高,夏季最低;(2)2 a共出现485 d逆温,其中10~12月出现频率最多,达82.8%~86.2%,逆温致使低层大气垂直运动受阻,不利于污染物扩散;(3)大气混合层高度与PM2.5浓度呈反相关,PM2.5浓度75μg/m3(空气质量优良),对应大气混合层高度平均为1 448 m,而PM2.5浓度≥150μg/m3(空气重污染)的混合层高度降到878 m;(4)受地形影响,石家庄地面风与边界层附近风对污染物的影响明显不同:925 h Pa西南风、地面偏东风不利于污染物扩散;925 h Pa西北风、地面偏西风有利于污染物浓度降低。925 h Pa风速4 m/s、地面偏西风风速2 m/s、地面偏东风风速3 m/s,有利于污染物扩散;(5)降水对污染物有湿清除作用,清除量不仅与降水量有关,还与前期PM2.5浓度有关,且冬季降雪过程对PM2.5的清除作用是降雨的4倍。