在EBEX-2000实验资料中湍流耗散率、长度尺度和结构参数特征

采用2000年8月在美国加州棉花地两个高度上应用超声三分量仪、快速响应温度和湿度仪进行的EBEX-2000 (International Energy Balance Experiment, 2000, 简称EBEX-2000) 风速三分量、温度和湿度湍流实验观测数据, 计算分析了在不同稳定度下的湍流能量和热量耗散率和湍流结构参数特征.并与Kansas和长白山原始森林湍流实验得到的结果进行了比较, 得到了一些湍流特征量在不同下垫面情况下的一些有意义的特征.     

在EBEX-2000实验资料中的湍流宏观量特征

采用2000年8月在美国加州棉花地两个高度上应用超声三分量仪、快速响应温度和湿度仪进行的EBEX-2000 (International Energy Balance Experiment, 2000) 风速三分量、温度和湿度湍流实验观测数据, 计算分析了湍流宏观量(即 u*, T*, σu/u*, σv/u*, σw/u*和σT/T*等), 湍流动能和感热通量等的特征, 并与其他湍流实验得到的结果进行了比较.     

寒潮冷锋过境期间湍流特征量及其谱分析

利用两台超声风速温度仪于1992年12月至1993年1月间,在中国科学院大气物理研究所气象观测塔47 m和120 m两个高度观测到的风速三个正交分量以及温度的湍流脉动资料,计算分析寒潮冷锋过境时局地湍流特征量的日变化以及风速分量和温度的归一化湍流能谱。它们都在不同程度上反应出较大尺度湍流的特征。     

不同下垫面湍流统计特征研究

利用戈壁、草原、郊区和城郊等不同下垫面进行的湍流观测资料,使用相同的湍流数据采集和处理方法,研究了不同下垫面湍流统计特征。结果表明：在不稳定层结下,三个方向分量风速归一化标准差σu／u*,σv／u*,σw／u*与稳定度参数z／L呈1／3幂次关系;水平方向速度归一化标准差随地表粗糙度的增加而降低,垂直方向的速度、温度和湿度没有明显差异。文中给出了不同下垫面近中性层结下风速归一化标准差的数值。研究还发现：较湿润地区的湿度统计特征与温度的相似。     

北京城郊近地层湍流实验观测

本文利用两台FA-11超声风速温度仪于1992年3月到４月间在北京325 m气象观测塔47 m和120 m两个高度观测到的风速三个正交分量以及声虚温的湍流脉动资料，计算和分析了北京城郊粗糙下垫面近地层湍流特征量及其日变化，无量纲垂直速度和声虚温的方差随稳定度的变化，风速分量和温度的归一化湍流能谱以及动量和热通量的互谱及其随稳定度的变化。并且与平坦均一下垫面近地层湍流观测的结果进行了对比。     

北京城郊近地端流实验观测

本文两台ＦＡ－１１超声风速温度仪于１９９２年３月到４月间在北京３２５ｍ气象观测塔４７ｍ和１２０ｍ两个高度观测的风速三个正交分量以声虚温的湍流脉动资料，计算和分析了北京城郊粗糙下垫面近地层湍流特征量及其日变化，无量钢垂直速度和声虚温的方差随稳定度的变化，风速分量和温度的归一化湍流能谱以及动量和热通量的互谱及其随稳定度的变化。并且与平坦均一下势面近地层湍流观测的结果进行了对比。     

山谷城市的近地层大气湍流谱特征

山谷城市地区的大气湍流结构研究至今报道很少.本文根据兰州市一次观测实验,对各风速分量谱、温度谱以及动量和感热通量的协谱进行了分析.结果表明,尽管仪器的安装高度较低(6.45m),湍谱特征仍与平坦均匀下垫面得到的一些典型结果基本一致,从而认为,在类似地区进行湍流通量等的直接观测时,对观测高度和地点的选择,可以不必象一些文献要求的那样高.     

南沙海域近海层大气湍流结构及输送特征研究

本文根据南沙群岛渚碧礁的一次大气湍流观测资料，分析研究南沙海域的湍流热通量输送、方差相似性、风速各分量谱、温度谱及各湍流通量协谱等大气湍流结构和输送特征，并与陆地下垫面上的结果作了比较，得到了一些有关南沙海域大气湍流输送及湍流结构的新认识。     

对流边界层中夹卷作用的研究

本文采用从大涡旋模拟结果得到的湍流交换系数K,用K模式对对流边界层的结构、发展以及其顶部夹卷作用进行了研究。结果表明:边界层顶部夹卷对对流边界层的发展有重要影响;另外,我们把这种从理论上来说仅适用于温度、湿度等标量的湍流交换系数K应用到风速分量的计算中,也取得较好效果。     

巴丹吉林沙漠北缘拐子湖近地层湍流能谱特征分析

利用2013年6月巴丹吉林沙漠拐子湖地区流沙下垫面的陆气通量观测资料,计算并分析了该研究区不同大气稳定层结条件下的湍流速度各分量谱和温度谱及湍流的局地各向同性特征。结果表明:该研究区风速各分量的湍流强度随平均风速的增加而逐渐减小,当平均风速2 m/s时,风速各分量的湍流强度逐渐稳定且基本限定在0.5以内。在不同大气稳定度下,湍流速度和温度能谱曲线在惯性副区内逐渐有合并趋势且遵循Kolmogorov提出的-2/3定律,速度各分量谱在高频段均满足各向同性且符合低频限制理论。随着稳定度的增加,风速分量的能谱曲线逐渐降低且向高频端移动,风速分量和温度能谱对应的谱峰长度则逐渐减小。该研究区水平湍流尺度范围为9.0~600 m,垂直湍流谱峰波长为10.79~75 m。该结果介于草地和森林下垫面之间,与塔克拉玛干沙漠腹地的试验结果较为接近。     

The Characteristics of Turbulence Structure and Transfer over the Middle Area of the Tibetan Plateau

In this paper, turbulent data obtained from the Damxung site during the Secondary Tibetan Plateau Science Experiment (TIPEX) in 1998 are used to study the characteristics of the turbulent spectra, turbulence transport, and the dissipation rates of turbulent kinetic energy, temperature variance, and humidity variance in the middle area of the Tibetan Plateau. The turbulent spectra of wind velocity, potential temperature, and humidity satisfy the-2/3 power law in the high frequency range. Horizontal transportation of heat and water vapor is negligible compared with vertical transportation under strong unstable conditions, and as the stability parameter z/L increases (where z is the observational height, and L is the Monin Obukhov length), horizontal transportation becomes dominant under near-neutral, neutral, and stable conditions. The non-dimensional temperature and humidity variances are 20% less than the temperature and humidity gradient variances. These deficits appear to increase as the absolute stability parameter increases. Moreover, the effects of turbulence transportation and pressure variance exist throughout the entire stability region.     

内蒙古奈曼流动沙丘下垫面湍流输送特征初步研究

分析了2000年7月21日～8月10日在内蒙古奈曼流动沙丘下垫面取得的近地面层湍流及辐射观测资料,讨论了无量纲湍流方差与稳定度参数z/L的关系,发现无量纲速度分量方差及无量纲温度、湿度脉动方差在不稳定层结下,均满足莫宁-奥布霍夫相似理论;同时还讨论近地面层能量的收支.发现流动沙丘下垫面感热通量与地表热通量最大值分别为170 W m-2及100 W m-2;潜热通量通常小于50 W m-2;流动沙丘净辐射最大值为400 W m-2左右.(Hs+Hl),与(Rn-G)的比值在晴天白天平均值为0.78左右,流动沙丘下垫面近地面层能量不平衡现象存在,其原因有待进一步研究.     

Conditional analysis of temperature and humidity microfronts and ejection/sweep motions within and above a deciduous forest

A conditional sampling technique using a multilevel scheme was applied to the detection of temperature and humidity microfronts and organized ejection/sweep motions under different atmospheric stabilities. Data were obtained with seven triaxial sonic anemometer/thermometers and three Lyman-alpha hygrometers within and above a deciduous forest. Both temperature and humidity microfronts were identified in unstable cases, but only humidity microfronts could be detected under neutral conditions. Inverted temperature ramps occurred under slightly stable conditions. Occasionally, wave-like patterns appeared within the canopy, seemingly coupled with inverse ramps occurring above the forest. The frequency of occurrence of scalar microfronts appears to have no clear dependence on atmospheric stability, and averages 74–84 s per cycle with a mode of about 50 s per cycle. However, the strength of ejections and sweeps, shown by the vertical velocity averaged within structures, was reduced by increasing atmospheric stability. Structures identified under different stabilities show many similarities in their patterns of scalar ramps, and associated velocity and surface pressure. Profiles of short-term averaged longitudinal velocity at different times during the microfront passage show that the air within the canopy was retarded and an intensified shear above the canopy occurred prior to the passage of the microfront. Results from the present conditional analysis strongly suggest an important role of shear instability in the formation of canopy coherent structure.     

长白山哈尔巴岭气象塔湍流局地相似性研究

利用长白山脉哈尔巴岭气象塔高频率湍流梯度观测数据,分析了2007—2009年间2月和7月2 m、30 m和100 m 3个观测高度湍流统计特征,对复杂下垫面局地相似理论适用性进行了检验,求出了无量纲风速标准差、无量纲温度和湿度标准差与稳定度关系的经验公式,发现了该地域湍流统计特征的新现象。结果表明:(1)冬季和夏季对流条件下2 m、30 m和100 m高度上无量纲风速标准差与稳定度Z/L之间能较好的满足1/3幂律,但夏季能更好地满足1/3幂律,且变化趋势明显,而冬季变化趋势平缓,接近直线。通过和其他学者的研究结果进行比较,发现了一些差异。(2)冬季无量纲温度、湿度标准差观测值随稳定度分布十分离散,但总体变化趋势基本满足-1/3幂律,而夏季观测值分布集中,变化趋势较好地满足-1/3幂律,反映出该地域无量纲温度、湿度标准差与稳定度关系随季节变化十分明显,且夏季对流强于冬季。(3)在30 m和100 m高度上,摩擦速度具有明显的日变化,但2 m高度上摩擦速度的变化比较特异,出现了夜间高于日间的情况,通过研究三维风速的脉动资料,发现夜间的风速脉动资料明显偏大,是导致夜间摩擦速度u*取值较大的直接原因,这种现象的发生可能是由该地域地形效应和下垫面特征引起的。     

青藏高原草甸下垫面湍流强度相似性关系分析

利用“全球能量水循环之亚洲季风青藏高原试验(GAME／Tibet)”1998年加强期(IOP)的观测资料，分析研究了青藏高原草甸下垫面上的无量纲风速、温度及湿度方差相似性，并与HEIFE戈壁沙漠和绿洲及海洋下垫面作了比较，得到了一些有关青藏高原草甸下垫面上动力及热力学参数的有益的结论。     

乌鲁木齐机场东南大风过程温压湿及水平风切变特征

针对乌鲁木齐机场2002~2005年出现的典型东南大风天气过程,利用常规天气资料和机场跑道自动观测系统采集的实时观测资料,分析了东南大风天气机场跑道附近气象要素及水平风切变的演变特征。结果表明,①东南大风天气时气象要素场特征变化明显,起始和维持阶段具有升温、降压和降湿的特征,结束前具有降温、升压和升湿的特征,气温、场压和湿度变化转折的时间基本一致,这一时间也正是东南大风开始减弱的时间;②同一时刻机场跑道两端会出现风向和风速的不连续,在跑道上形成较强的水平风切变,尤其在起始和结束阶段跑道风切变强度表现得更明显。跑道两端风速差大小及其变化是影响风切变强弱和变化的决定因素。     

Urban-rural humidity and temperature differences in the Beijing area

In this paper, urban-rural temperature, relative humidity and vapour pressure differences at fixed hours in Beijing area were analyzed and compared. The data from one station with different observation surroundings and one rural station (0200, 0800, 1400 and 2000 hours local standard time (LST)) for the period 1971–2003 were used. The effect of urban on local temperature, relative humidity and vapour pressure were discussed. Results showed that the urban environment caused great increase in local temperature at 0200, 0800 and 2000 hours and small increase at 1400 hours. Also, the urban effect on humidity suggested that the urban environment can decrease relative humidity and vapour pressure at all fixed hours, while the urban-rural relative humidity differences are great at 2000 and 0200 hours and the urban-rural vapour pressure differences are great at 1400 and 2000 hours. The annual average temperature, relative humidity and vapour pressure difference between urban and rural are about 1.76°C, 6.3% and 1.5475 hpa during the period from 1981 to 1997, respectively. Results indicated that the urban effect on local temperature and humidity is significant in Beijing area.     

2000～2002年北京市城市大气污染特征分析

通过对 2 0 0 0年 1月至 2 0 0 2年 1 2月北京市城市大气污染物SO2 ,PM1 0 ,NO2 的分析发现 :北京市主要污染物是SO2 和PM1 0 。SO2 污染月份主要发生在 1 1月至次年的 3月 ;PM1 03级以上的日数全年都有分布 ,但 4级和 5级的日数主要发生在春季和冬季 ;NO2 主要污染月份发生在 1 0月至次年的 3月 ;大多数污染物以 2 0 0 0年最为严重。对污染资料进行MHAT小波分析发现 ,北京市大气污染存在两个明显的周期波动 ,即 2 0～ 30天周期和准 5天周期 ,这说明北京市污染物浓度短期变化主要受到天气过程及大气低频振荡的影响 ,该文进一步计算了 2 0 0 0年污染资料与气象资料的相关关系发现 ,北京市污染物与日平均气温、日平均风速、每日 1 2 :0 0 (北京时 )温度梯度、相对湿度存在明显的相关关系 ,且不同的气象要素对不同的污染物浓度影响不同。     

梯度法计算空气动力学粗糙度存在的问题

利用2009年春季内蒙古苏尼特左旗风速、空气温湿度的野外观测资料,用梯度法研究荒漠化草原区空气动力学粗糙度Z0时发现,Z0有明显的日、月分布规律。中性条件下,根据风速对Z0的不同影响可分为3个特征区。梯度法计算Zn有风速条件约束,只有在风速较大时计算的Z0真实可靠,确定可靠风速区域是正确应用梯度法计算Z0的关键。乙随风速值的增大成指数关系递减,可从指数函数的收敛性确定Z0。