塔里木盆地一次“东灌”沙尘暴大气边界层特征

利用探空、NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料、地面气象站观测资料,对新疆塔里木盆地2014年10月28—29日的沙尘暴天气过程前、中、后大气稳定度、混合层厚度、风、温、湿廓线等边界层特征量进行分析。结果表明:此次天气过程为欧洲脊东移,推动西西伯利亚低槽快速进入北疆地区,随后东移翻越东天山进入南疆,造成"东灌"沙尘暴天气;沙尘暴造成边界层特征量表现为K指数减小,沙氏指数增大,理查逊数减小,混合层厚度降低等特征;风向由偏西风转为偏东风,风速则在静风转为30 m/s的偏东急流;温度为沙尘暴之前为贴地逆温,之后大气混合比较均匀,相对湿度为先增加后减小,沙尘暴天气是一个降温增湿的过程,边界层风、温、湿廓线都打破了原有分布规律;沙尘暴过程是大气不稳定层结变为稳定层结的过程。     

民勤一次沙尘暴的观测分析

给出了2004年5月23~24日民勤站爆发沙尘暴前后以及沙尘暴内部的温度、比湿和风速垂直廓线,分析了沙尘暴发生前后及沙尘暴期间高空气象要素的演变特征,同时对大气的热力、动力稳定度参数进行了计算和分析。结果表明:沙尘暴来临前边界层内具有深厚的混合层,大气层结处于不稳定状态,温、湿结构及风的垂直分布有利于沙尘暴的发生、发展;沙尘暴发生期,出现了稳定与不稳定层相间的情形,对流减弱,抑制了沙尘暴的发展;沙尘暴天气结束后中低层大气湿度增加显著;沙尘暴的强度与相对风暴螺旋度具有良好的对应关系。     

温度平流在沙尘暴和大风天气预报中的差异分析

针对内蒙古沙尘暴天气中大气层结稳定度问题,选取了内蒙古强沙尘暴、大风(以大风为主部分地区伴有扬沙天气)两种天气过程,对冷空气活动的温度平流空间分布特征进行对比分析。分析结果表明:沙尘暴、大风天气都有较强的冷平流活动,但强冷平流的垂直分布明显不同,其对大气层结稳定度、温度垂直廓线、垂直运动分布有明显影响。沙尘暴天气强冷平流中心位于较高的700~600 hPa层次,其与近地层弱冷平流叠加,形成高低层温度平流差异,使得垂直气温直减率加大并保持这一趋势,形成有利于沙尘暴发生的深厚不稳定层结条件,在低层扰动的触发下形成干对流风暴,能量交换不稳定能量释放,使该层大气趋于中性层结即混合层,混合层是能量交换的一个平衡态;大风天气强冷平流中心位于较低的850 hPa以下层次,不利于形成不稳定层结条件。沙尘暴扬起的高度就是混合层厚度,比强冷平流中心位置高出150 hPa左右,强度达到—45×10~(-3)℃·s~(-1)以上的强冷平流中心在700~600 hPa层次时,混合层厚度可达到500 hPa以上层次,这一强度的沙尘暴天气可以影响到我国江南沿海地区。     

南疆一次强沙尘暴前后塔中近地面各气象要素的变化特征

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中站2006年4月10日一次强沙尘暴前后连续5天地面、土壤中、以及80 m高塔站梯度观测系统的各气象要素资料,详细地分析了该沙尘暴前后不同沙尘天气日各要素的变化特征.结果表明:这次沙尘暴是南疆气温持续回暖、热低压强烈发展、沙尘暴和浮尘天气持续时间长的一次南疆东灌型强沙尘暴过程.温、湿廓线在沙尘暴过境时,因强湍流交换,整个近地层大气基本上处于中性层结,沙尘暴日为降温增湿的过程;沙尘暴日前后大气层结发生了转变,破坏了晴天正常的逆温、逆湿结构.风速廓线在沙尘暴日满足对数律关系,而在沙尘暴日前后的天气里,风速较小,规律性差.沙尘暴过境时0O cm和5 cm地温变化趋势与1.5 m气温相似,过境前1.5 m气温比5 cm地温达到峰值的时间约提前1～2 h,过境后反而又滞后1～2 h.     

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。     

乌鲁木齐冬季大气边界层温度和风廓线观测研究

为了进一步认识乌鲁木齐冬季大气边界层的结构特征及其对大气污染的影响,为改进城市空气污染预报和污染治理提供科学依据,利用2008年1月11—13日系留气艇对乌鲁木齐市城区大气边界层过程进行观测试验的资料,分析了观测期间乌鲁木齐风、温廓线和混合层厚度的变化特征,并探讨了大气边界层结构对乌鲁木齐大气污染的影响。结果表明:观测期间乌鲁木齐近地面全天存在悬浮逆温,且有时为多层逆温,大气层结稳定;受逆温层的影响,近地面全天风速都很小,均在4m/s以下,风向随高度变化规律明显;观测期间乌鲁木齐大气混合层厚度平均为274m。乌鲁木齐冬季大气边界层风、温廓线的特征及混合层厚度,对大气污染的影响作用显著,是造成该地区冬季多污染的主要原因之一。     

NCEP再分析资料在强对流环境分析中的应用

为考察NCEP再分析资料在我国强对流天气产生环境分析中的适用性,选取2002—2009年多普勒天气雷达识别的60例超级单体风暴个例,对比分析常规探空资料和NCEP再分析资料提取的温、湿、风垂直廓线,结果表明:NCEP再分析资料计算的对流有效位能因对抬升气团湿度敏感而与观测间差异较大,宜用K指数、温度直减率分析大气层结稳定度;因对流层中高层风与探空差异不大,其中500~700 hPa的风与探空近乎一致,因此NCEP再分析资料计算的深层、中层风垂直切变参量可靠性较高;NCEP再分析资料水汽参数与探空资料差异大,特别是在大气边界层,需用观测资料订正;边界层物理量,特别是风向与探空差异显著,因此不宜用NCEP再分析资料讨论雷暴触发问题;平均而言,NCEP再分析资料湿度廓线低层偏干而中层偏湿,925 hPa以上风速偏小,降低了强对流发生概率。     

内蒙古一次强沙尘暴过程综合观测分析

利用高空、地面常规观测资料和内蒙古沙尘暴监测站的沙尘暴器测资料,对2010年3月19～20日一次强沙尘暴天气过程进行了综合观测分析.结果表明:本次沙尘暴发生前,大气层结稳定并不利于对流的发展.但在700 hPa至500 hPa的强冷平流与850 hPa以下层次的平流差异有利于温度垂直递减率增大,强冷平流的作用使其中心以下层次形成热力不稳定层结,是沙尘暴发生的有利层结条件.当干对流风暴发生并形成沙尘暴天气时,不稳定能量释放,使该层大气趋于中性层结即混合层,混合层可能是其间的一个平衡态.对流层中低层冷平流的强度、位置和层次,一定程度上影响着混合层的厚度和沙尘暴的强度.过程中混合层以下气层温度下降的比较快,加之沙尘暴顶层短波辐射有增温效果,在混合层顶(约500 hPa处)出现逆温盖.强冷空气活动是引发沙尘暴天气的主要原因,沙尘暴天气的发生伴随着地面剧烈降温,相对湿度骤降,气压涌升,地面风速直接影响沙尘暴强度.可吸入颗粒物(PM10)浓度能更加精细的反映和描述沙尘暴强度的变化.粒子散射系数的变化趋势和PM10浓度的变化趋势非常一致,沙尘暴阶段,散射系数基本在1000Mm-1以上,达到强沙尘暴强度阶段,散射系数基本在2000Mm-1以上.     

热带西太平洋边界层的多层结构分析

本文主要利用第一次“中美热带西太平洋海气相互作用联合调查”所获得的海洋水文、气象及大气探测资料,分析了热带西太平洋暖水区边界层大气层结特征,指出热带西太平洋边界层大气具有多层结构和多层送温现象,边界层内各层厚度及气温、位温、混合比随高度的变化趋势如下:超绝热层位于地面以上50m左右,气温、位温、混合比迅速减小,系绝热不稳定层;第一层为混合层,平均厚度为351m,位温、混合比变化不明显;混合层上又是逆温层大多为30—100m厚,位温迅速增大,混合比迅速减小,系绝对稳定层;700—1000m为浅对流云活跃层,     

呼和浩特地区一次强沙尘暴过程个例分析

文章对2005年5月8～10日呼和浩特地区一次强沙尘暴过程进行了天气学分析及物理量诊断,结果表明：本次过程系统发展的主要强迫来自对流层高层,高空锋区的动量下传导致强地面风产生是沙尘暴发生的动力条件;沙尘暴发生前层结稳定度的降低及沙尘暴发生期间中性混合层的维持,为沙尘暴发生提供了适宜的层结条件。同时,大气整层的正涡度和对流层中低层的上升运动,也是沙尘暴形成和增强的重要原因。     

内蒙古草原近地层垂直风速廓线的观测研究

利用中国国家气候中心2009-2010年在内蒙古锡林浩特开展的100 m铁塔大气湍流观测数据,分析了不同稳定度条件下的垂直风廓线变化特征,并在局地相似理论基础上建立了垂直风廓线表达式。结果表明:(1)内蒙古草原近地层大气中,不稳定层结和稳定层结条件发生的概率远高于中性和弱不稳定、弱稳定层结的发生概率。(2)稳定层结时,大气特性在垂直方向上变化较明显,需要按照不同的高度层分别研究其风速的变化规律。根据内蒙古锡林浩特草原大气湍流观测资料得到,稳定层结时的无因次风速梯度随稳定度ξ的变化关系可以表达为1+β_mξ,其中β_m的取值与距地面高度有关:30 m高度及以下,β_m取4.3-5.4;高度在(30 m,50 m],β_m取2.9-3.4;50 m及以上高度,β_m取2.0-2.9。     

新书架北大核心CSCD

《塔克拉玛干沙漠大气边界层和沙尘暴探测研究》王敏仲明虎等著该书系统介绍了塔克拉玛干沙漠大气边界层特征、沙漠腹地大气边界层风场变化、沙漠大气边界层高度与陆面参数的关系、沙漠对流边界层大涡模拟、沙漠极端深厚边界层过程对区域环流的反馈作用等内容,并首次利用边界层风廓线雷达、毫米波雷达开展了沙尘暴探测试验研究,计算归纳了沙尘暴的回波强度。     

基于微波辐射计和气溶胶激光雷达的边界层高度研究及应用

分别基于微波辐射计温湿度廓线资料的气块法、位温法和比湿法,地面气象资料的罗氏法及气溶胶激光雷达数据的梯度法,计算得出广州地区大气边界层高度,对比分析5种边界层高度结果及其与气象条件、空气质量之间的关系,结合典型大气污染过程分析边界层高度对PM_2.5、O₃浓度的影响。结果显示:（1）利用位温法、气块法、罗氏法、比湿法和梯度法计算得出广州地区平均边界层高度分别为2 207 m、1 239 m、901 m、717 m和660 m,位温法显著高估了广州地区的边界层高度;（2）利用气块法得出的混合层高度日变化能够较好地表征白天大气边界层演变特征,利用气块法和比湿法得出的白天混合层高度与近地面O₃浓度有显著的正相关关系,相关系数在0.5以上,在O₃污染防治中,应同时考虑边界层内垂直输送的影响;（3）利用梯度法得出的边界层高度在污染天气时与PM_2.5浓度的相关性较好,能较好地表现出大气污染情况,在PM_2.5污染天气过程分析中具有较好的应用价值。      

初夏敦煌荒漠戈壁大气边界结构特征的一次观测研究

利用"西北干旱区陆气相互作用野外观测实验"加强期在甘肃省敦煌市气象站进行的风、温、湿探空观测资料,分析了西北典型干旱区大气边界层的结构特征和变化规律。结果表明,大气边界层厚度总体而言明显偏高,对流边界最高层厚度可超过4000m,稳定边界层也在1000m左右的高度;2750m附近为风向转变高度,其下全为偏东风,其上全为偏西风,这个风向转变高度有一定日变化,在观测的9天内每天的日变化规律保持了很好的一致性;边界层风速切变较大,大多数时候有低空东风急流出现,急流最强可达到近20m·s-1,急流高度在500m左右;边界层内比湿廓线有时在大约500m高处出现逆湿,一般以夜间更为显著。     

湿地下垫面大气边界层温、湿廓线的数值模拟及影响因素分析

应用大气二维边界层数值模式,对2008年夏季洪河国家级自然保护区沼泽湿地1000m高度边界层的温度、湿度廓线进行了3次模拟试验,并模拟分析了风速和下垫面粗糙度对湿地边界层温、湿廓线结构的影响.结果表明:(1)大气二维边界层模式可以较好的模拟湿地下垫面边界层的温、湿结构,并且该模式对位温的模拟效果优于比湿;(2)风速和粗...     

沙尘暴热力结构的个例研究

利用民勤站L波段探空雷达2004年5月23—24日的一次强沙尘暴过程加密探测资料,从气象要素的垂直廓线和能量天气学两个方面,分析了沙尘暴发生发展过程中大气层结及其演变特征。结果表明：沙尘暴过境前,500hPa以下的高空风速较小,低层800hPa以下基本为偏东气流,中高层为偏西气流,沙尘暴过境时近地层风速明显加大,700hPa以下为西北气流,高层为西南气流;相对湿度在沙尘暴过境前,高层明显高于低层,而过境后,整层大气的湿度明显增加,且800hPa附近出现逆湿现象,沙尘暴过境前后整层大气相对湿度在垂直方向上的变化趋势基本一致。沙尘暴发生前,近地层气温较高,200hPa附近存在超低温现象,250hPa附近存在比较厚的下沉逆温层,随着沙尘暴过境,低层的气温显著下降,近地层约800hPa处出现逆温层,而250hPa处的逆温层逐渐减弱;地面气象要素的变化为：沙尘暴过境之前,地面气压比较低,温度较高,风速也比较小,而沙尘暴一到,顿时气压升高,风速猛增,温度下降;沙尘暴过境前,500hPa以下处于对流不稳定,过境期间饱和能差逐渐减小,不稳定能量由高层向低层传递,单站的垂直运动发展加剧;沙尘天气结束后．整层大气的结构基本稳定．不稳定能量衰竭,饱和能差进一步减小,整层大气湿度有了较大的增加。     

绿洲与荒漠相互影响下大气边界层特征的模拟

用发展的二维中尺度土壤－植被－大气连续体数值模式模拟了绿洲与荒漠相互影响下的大气边界层特征。得到了绿洲和临近荒漠之间的边界层高度、风螺线、风速廓线、位温廓线和比湿廓线的差别,并给出了绿洲对其上游和下游荒漠大气的不同影响。基本再现了白天绿洲大气逆温和临近绿洲的荒漠大气逆湿。模拟实验研究不仅验证了外场观测结果,而且也使我们对复杂下垫面边界层结构有了一些新的认识。     

基于多普勒天气雷达的垂直散度和温度平流廓线反演

垂直散度廓线可用于推断大气垂直运动情况,垂直温度平流廓线可用于推断大气层结是否稳定,有助于预报员推断本站降水演变趋势。鉴于我国多普勒天气雷达中还没有垂直散度和温度平流廓线产品,提出了这两种产品的反演方法。首先使用分层VVP方法从雷达体扫径向速度资料中反演出雷达站上空的垂直风廓线和垂直散度廓线,然后在假设大气处于地转平衡条件下,基于温度平流与地转风随高度的变化关系,从垂直风廓线中反演出垂直温度平流廓线。以两次大范围暴雨天气过程为例,反演了雷达站上空的垂直风廓线、散度廓线和温度平流廓线,并对反演结果进行了分析。结果表明:在雷达周围有大范围降水回波的情况下,使用分层VVP方法能合理地反演出雷达站上空的垂直风廓线和散度廓线;在这种情况下,反演的垂直风廓线代表各个高度雷达有效探测范围内的平均水平风,可近似满足地转平衡条件,因此,使用热成风方程能较为合理地从垂直风廓线中反演出垂直温度平流廓线;三个反演产品的合理性可用天气学理论和天气实况来解释。     

青岛混合层高度变化特征及与空气污染的关系

选取青岛2000—2015年逐日地面观测资料和环境监测中心站2011—2015年逐日主要大气污染物浓度资料,分析了青岛大气混合层高度和大气稳定度的变化特征,对青岛日最大混合层高度与空气污染物浓度进行相关分析。结果表明：近16a来,青岛大气混合层高度年际变化呈逐渐减小的趋势,日变化呈现单峰结构;大气稳定度以D类的出现频率最高,深秋到初冬大气较为稳定,4—8月A,B,C类稳定度较其他月份升高;清晨和傍晚大气以中性层结为主,中午弱不稳定发展,夜间稳定层结明显增强。空气污染物质量浓度与日最大混合层高度有明显的负相关关系,污染物质量浓度越大,日最大混合层高度越小;反之,污染物质量浓度越小,日最大混合层高度越大。     

那曲地区不同季节陆面过程与大气边界层演变耦合关系的对比分析

陆面过程与大气边界层之间耦合关系是理解青藏高原热力效应的关键环节和难点之一。本文基于那曲高寒气候环境观测研究站2019年5月、 7月和10月地面及探空观测数据分析了青藏高原那曲地区地表能量收支及大气温湿垂直廓线的日变化和季节差异,探讨了该地区干湿季大气边界层高度的演变规律。结果表明,在5月观测期间内受日间净辐射强度变化的影响,对流边界层在晴天较高,为2842 m;阴天较低,为1481 m,强对流天气也可能使其在低层转变成稳定边界层。同时,位于近地层大气的感热和潜热交换为大气边界层的维持和发展提供了能量支持,位温和比湿垂直廓线能够正确反映出那曲地区大气边界层高度的季节性差异,对流边界层高度在5月最高、 10月次之、 7月最低,而稳定边界层在7月最高、 5月次之、 10月最低。