塔克拉玛干沙漠腹地湍流能量耗散率和结构函数参数特征

利用塔中气象站垂直探测系统的湍流观测资料,计算并分析了塔克拉玛干沙漠腹地不同稳定层结条件的湍涡特征长度尺度、能量耗散率及湍流结构函数参数特征。结果表明：湍涡特征长度尺度在弱不稳定或近中性条件时最大,随不稳定程度的增强有明显减小的趋势,随着稳定程度的增加有先迅速减小后又缓慢增加的趋势,且热量特征长度尺度比动量特征长度尺度总体要大一个数量级;无因次湍流热量耗散率的拟合函数形式与其他试验一致,但经验系数略有差异;利用Kaimal公式和湍流谱方法间接计算的稳定条件湍流能量耗散率及湍流结构函数参数具有较好的一致性。     

塔克拉玛干沙漠北缘夏季典型晴天近地层湍流能谱特征

利用塔克拉玛干沙漠北缘肖塘地区涡动相关系统三维方向风速（u，v，w）、气温、CO₂、H₂O等观测数据，分析了夏季典型晴天不同大气稳定度条件下湍流功率谱和协谱。结果表明：大部分情况下湍流速度谱分布满足-2/3幂指数率，垂直方向高频段惯性副区符合程度更高，水平方向次之；CO₂和H₂O浓度则符合程度较低；温度谱与无因次频率总体上都具有很好的相关性。垂直风速与径向风速u的协谱斜率拟合值大多数情况下更接近-1，而在近中性层结条件下更符合-4/5斜线。稳定层结条件下的协谱峰值比不稳定层结时更大，且约大一个量级；不稳定层结条件下高频段协谱近直线型下降。u谱对应的谱峰波长随稳定度增加而减小，v谱和T谱对应的谱峰波长随稳定度的增加没有规律性增减；u、v、w、T谱谱峰波长约67~827、69~2417、4~54、12~661 m。     

沙漠腹地春夏季近地层大气湍流特征观测分析

利用塔克拉玛干沙漠腹地近地层10 m高度处快速响应探测系统的湍流资料,分析了摩擦速度和特征温度的变化,并且对不同稳定层结条件下无因次速度分量方差和无因次温度方差的普适函数进行详细拟合。研究表明,摩擦速度和特征温度有明显的日变化特征,且摩擦速度的最大值出现在z/L=-0.2处;无因次速度方差在不稳定和稳定层结条件下均符合相似理论的次幂律,但如果考虑到相关性,最佳幂指数可有不同;近中性时则接近常数,并给出了具体数值。无因次温度方差则在夏季不稳定层结条件时符合-1/3次幂律。     

塔中近地层春夏季湍强和湍能变化的观测研究

利用2006年4月和8月塔中地区近地层10 m处的湍流资料,分析了该地区春夏季湍流强度和湍流动能的变化,同时对湍流动能供给率做了讨论。结果表明,在近中性层结条件下,3个方向的湍流强度均接近常数,而无因次扰动动能则随稳定或不稳定程度的增大也有增大趋势;在强不稳定层结条件时,热力湍能供给率明显强于机械湍能供给率,而处于稳定层结条件时,热力湍能供给率则减为负值,表现为抑制作用。     

巴丹吉林沙漠北缘拐子湖流沙下垫面近地层湍流强度和陆面过程特征

利用巴丹吉林沙漠北缘拐子湖流沙下垫面2013年7、10月和2014年1、4月的湍流通量资料，计算并分析了研究区近地层湍流强度，同时针对风速分量、温度、水汽和CO₂归一化标准差随稳定度的变化关系和总体输送系数等陆面过程特征进行分析。结果表明：（1）风速各分量的湍流强度均随风速的增加逐渐减小，风速处于2 m·s^-1以下时湍流发展最为旺盛。湍流强度主要由水平方向风速分量决定，垂直方向风速的作用较小，且近中性和不稳定层结利于湍流的发展。与其他地区相比，平坦且没有建筑物的沙漠地区，机械湍流较弱，湍流强度相应较小。（2）风速各分量的归一化标准差与稳定度（z/L）均满足1/3次方函数规律，其中垂直方向风速分量的拟合曲线方程较好。（3）动量输送系数C_d具有明显的夏季高、冬季低的变化状态且各月的日变化形态均呈夜间低、日间高的循环形态。热量输送系数C_h的不同月份日变化间并没有明显的排列次序，且日出日落前后具有明显的波动。不稳定层结时，C_d和C_h均随风速的增加逐渐减小；稳定层结时，C_d和C_h均随着风速的增加逐渐上升。     

内蒙古奈曼流动沙丘下垫面近地面能量收支研究

利用2000年7月18日~8月12日在内蒙古奈曼流动沙丘下垫面取得的大气边界层观测资料,分析了地表能量收支各项的日变化、总体输送系数日变化及其与稳定度的关系;比较了涡旋相关法、波文比-能量平衡法所得到的感热通量。得到奈曼流动沙丘下垫面平均地面阻曳系数Cd为4.69×10-3;感热通量总体输送系数Ch为2.25×10-3。在近中性层结条件下,Cd和Ch分别为4.83×10-3和1.34×10-3。近地面层湍流方差在不稳定层结下均满足Monin-Obukhov相似理论。     

亚热带典型森林下垫面大气层结变化规律及其对潜在蒸散发估算的影响

为评估忽略大气稳定性对潜在蒸散发(Potential Evapotranspiration,PET)估算的影响,本文以亚热带森林下垫面为例,结合涡动相关观测及莫宁-奥布霍夫相似原理,探讨了冠层上方大气层结变化规律,比较了基于中性假设和考虑大气稳定性影响的PET之间的差异。结果表明：①中性、稳定和不稳定3种大气层结具有明显的日内与季节变化特征,不稳定层结在中午居多,稳定层结在早晨和傍晚居多,而中性层结在昼间均有分布;同时,春夏两季的不稳定层结高频时段较长,而秋冬两季相对较短;总体上,观测期内不稳定、中性和稳定3种层结平均占比分别为41.4%、34.7%与24.0%。②基于中性假设的空气动力学阻力估算方法在一定程度上高估了空气动力学阻力,导致PET存在低估现象(RMSE=25.82 W/m²),且误差偏离随着PET增大而愈加明显。③在当地条件下当量空气动力学阻力■与风速呈显著的指数关系(■,R²=0.50,P<0.05,N=394),基于该关系估算的PET相对于中性假设而言具有更高的精度(R²提高了3.26%,RMSE...     

北冰洋78°N冰站近地层参数的观测研究

利用2003年8月22日-9月3日中国北极科学考察队在北冰洋78°N浮冰站获得的近地层观测资料,采用整体输送法对北冰洋浮冰近地层特征参数进行了分析研究。结果表明,在考察期间,雪面吸收的净辐射仅为3.6 W/m2,其中以感热和潜热向大气输送的能量分别占52%和31%,向海冰深层传导的热量很少;近中性层结条件下的平均拖曳系数Cdn为1.16×10-3,略小于75°N北冰洋浮冰上近中性层结的Cdn。与1999年75°N附近冰站观测结果的对比表明,当海冰密度及冰站所在浮冰的尺度不同时,海冰与大气相互作用的热力学和动力学过程的差异显著,在研究北冰洋地区海/冰/气相互作用对气候过程影响时,应考虑这一问题。     

南疆一次强沙尘暴的近地层特征和湍流输送分析

利用2006年4月10日沙尘暴过境期间塔克拉玛干沙漠腹地80 m垂直梯度探测系统的实时资料,分析了该地区近地面层气象要素和湍流输送特征的变化过程。结果表明,沙尘暴过境期间,近地层风速有先降低后增大的过程,10 m高度上动量向下输送明显,热量输送只有很小的上传趋势;沙尘暴过境前,近地面为弱稳定的逆温层,空气处于暖干的状态,10 m高度上垂直气流表现为系统性的下沉运动,随着沙尘暴爆发,湍流交换显著增强,空气进入相对冷湿状态,气流有上升运动趋势,但强度不大,仍以水平湍能为主。     

南极中山站附近冰盖近地面层湍流参数的观测研究

利用2007/2008年中国第24次南极考察队在南极中山站附近冰盖上观测试验获得的湍流脉动及相关资料,对原始资料通过坐标旋转订正后,应用涡动相关法计算分析了冰盖近地面层的湍流强度(I)、稳定度参数(z/L)、摩擦速度(u*)、拖曳系数(Cd)、地表粗糙度(z0)及动量通量(τ)和感热通量(H),并与空气动力学方法的计算结果进行对比。结果表明,Louis方案能够较好地模拟近地面层湍流通量;在平均状态下,全天雪面以感热形式从大气获得净的能量;近中性层结下地表粗糙度z0为4.54×10-4m,拖曳系数Cd=1.7×10-3,在非中性条件下,稳定度越小Cd越大,反之,则稳定度越大Cd越小。     

毛乌素沙地风况及输沙势特征

利用毛乌素沙地腹地野外实测风速风向数据，系统分析了毛乌素沙地的起沙风和输沙势的变化特征。结果表明：（1）毛乌素沙地的起沙风和输沙势主要分布在NW、NNW和N等3个方位。（2）毛乌素沙地春季（3—5月）起沙风频率和输沙势最大，分别占全年的46.23%和52.97%。（3）起沙风频率的日内变化呈单峰曲线：16：00起沙风频率最大，为22.11%。起沙风平均风速的日内变化呈双峰曲线：00：00起沙风平均风速最大，为7.84 m·s^-1；14：00起沙风平均风速为7.63 m·s^-1，是次峰值。（4）毛乌素沙地年输沙势为66.75 VU，按照Fryberger风能环境划分标准，属于低风能环境；方向变率指数RDP/DP为0.51，中比率，钝双峰风况，其中偏北峰值远大于偏南峰值。     

塔克拉玛干沙漠腹地降水特征

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中气象站与周边3个气象站2000—2014年的气象观测资料,分析沙漠腹地近15 a降水量的年、季、月分布及变化特征,并与同期沙漠周边地区资料进行对比分析。结果表明：塔克拉玛干沙漠腹地近15 a年平均降水量为26.0 mm,比周边同期平均少37.3%,但降水稳定性高于周边各站;塔克拉玛干沙漠腹地降水的年、季、月分布与沙漠周边各站基本保持一致,夏季降水占总降水量的69.3%,且逐年有所增加,对全年降水量的变化贡献最大;沙漠腹地月降水量分布极不均匀,6月降水量最大,占全年降水的41.6%,2月和3月降水量最少,仅占全年的0.7%,降水最多月是最少月近60倍;水汽压在沙漠腹地相对不稳定,但相对湿度相对较稳定;沙漠腹地最长连续降水日年平均2.9 d,最长无降水日数年平均96 d,最长连续无降水日数呈逐年上升趋势。     

长江中游港口腹地演变及港口-腹地经济协调发展研究

运用场强模型计算2001年以来长江中游主要港口的场强值,分析长江中游港口腹地演变特征及趋势,参照钱纳里多国模型划分腹地经济的发展阶段,运用协调发展度和相对发展度模型对处于不同经济发展阶段的腹地与其所属港口的协调关系进行评价,从而把长江中游港口-腹地隶属关系和协调关系纳入统一的研究框架。研究表明：2001年以来长江中游主要港口的场强在递增的同时区域异质性不断扩大。各港口腹地范围差异显著,但总体空间格局变化不显著,且港口腹地演变呈现扩大、缩小和趋于稳定3种态势。港口与腹地的综合协调关系整体处于港口发展滞后于腹地经济发展的磨合阶段,且表现出显著的空间分异特征;经济发展阶段、产业结构、自然条件、交通运输等因素对各港口与腹地经济的协调关系产生不同程度的影响。     

长江口浑浊带含沙量的潮流变化及其成因分析

实测数据显示在长江口南槽浑浊带内,近河床含沙量在很多情况下在转流后1—3h内出现峰值,在涨、落急流速最大时含沙量却迅速下降。本文利用实测数据计算了不问潮时的泥沙垂向紊动扩散系数,发现它与底层含沙量有类似的变化过程,结合近底层高浓度悬沙的迁移,认为转流后出现的含沙量峰值主要是由于憩流期沉降到河床的悬沙重新悬浮引起的。重新悬浮是浑浊带的重要成因。     

几种典型地表粗糙度计算方法的比较研究

本文分别利用最小二乘拟合迭代法、牛顿迭代法、TVM法和Martano法计算2003年长白山森林地表粗糙度。结果表明,Martano法计算结果偏小,其他三种方法结果基本一致。不确定性分析表明,Martano法的不确定性与参与计算的数据量有关。拟合迭代法和牛顿迭代法的不确定性在于,通常假设u_*不随观测高度而变化,而实际u_*随观测高度变化。若相邻两个观测高度之间的u_*变化1％,地表粗糙度计算误差8.3%。TVM法由于参数C₁的选取范围为0.9~1.05,引起地表粗糙度不确定性平均值为29.9%。经计算得到长白山森林在各种大气层结条件下的地表粗糙度,拟合迭代法得到的2003年稳定、中性和不稳定条件下的地表粗糙度年平均值分别为2.642、2.103和1.616m。