非定常过程对大气边界层的内参数和风廓线的影响

设大气中性、正压,用边界层运动方程的分析解,研究了当大气边界层顶风向随时间作周期变化而风速不变时,对大气边界层的内参数u_*/A(A为边界层顶风速)和角φ(地面风与边界层顶的风的夹角)的影响。当风向逆时针转动时,u_*/A增加,φ减少,反之亦然。方程的数值解亦得类似结果。因而在定常条件下,得出的大尺度模式中边界层参数化的结果应考虑非定常过程的订正。还分析了非定常过程对边界层风廓线的影响。     

自由大气非定常扰动对大气边界层的内参数的影响

本文用大气边界层运动方程的数值积分方法,研究了当自由大气(边界层顶)风作非定常的周期扰动时,对非中性层结的大气边界层的内参数u*/G(u*为摩擦速度,G为自由大气风速)和角α(地面风与自由大气风向的夹角)的影响。并将其结果与中性层结大气边界层的相应结果作了对比。最后对斜压大气情形也作了相应讨论。说明了大尺度模式中边界层的参数化的结果应考虑层结、斜压性与非定常过程的共同作用。     

水平平流与非定常过程对大气边界层内参数的影响

用正压、中性边界层运动方程的解析解,研究了边界层顶不同系统中,由于水平平流及风向变化,对大气边界层的内参数u*/a(a为边界层顶风速)和角ψ(地面风与边界层顶的风的夹角)的影响。结果表明,不仅风向变化对内参数有影响,而且即使风向不变,由于平流作用对内参数仍有影响。在正涡度系统中,u*/a增加,ψ角减小;反涡度系统中,结果相反。方程的数值解得到类似结果。因而大尺度模式中边界层参数化结果不仅应考虑非定常过程的订正,而且还必须考虑水平平流作用的订正。     

热带大气和海洋运动的频率差异在海气系统演变中的作用

对热带太平洋地区850 hPa纬向风场、海表温度场月平均距平进行了谱分析。结果表明:纬向风距平与海表温度距平的振幅在El Ni?o或La Ni?a期间同时增长。而在其他期间,波振幅随时间呈相反变化趋势。在El Ni?o或La Ni?a事件发展期间,纬向风距平的位相角与海表温度距平位相角的差值在90o左右,而在事件的衰减期间,它们的位相角的差值在0o左右。本文还利用长波近似、海洋对大气加热取局地热力平衡近似时的简单热带海气耦合模式,研究了大气变量和海洋变量位相差随时间变化对海气耦合解的影响。在海气耦合模式中,当大气模式取为非定常时,大气和海洋Kelvin波之间以及Rossby波之间存在着能量转换,使大气和海洋波振幅呈相反变化趋势。此时,耦合波振幅随位相角差的变化没有共同的增长或衰减区间。大气Kelvin波与海洋Rossby波或大气Rossby波与海洋Kelvin波相互作用时,波振幅随位相差的变化存在着相同增长和衰减区间,它们的振幅要么同时增长,要么同时减少。当大气模式取定常时,因为相互作用波之间的位相差是一常数,波振幅随时间无限制增长。本文还在大气模式取为非定常和定常两种情况下,对海气耦合模式进行了数值求解。结果表明,当大气模式取为非定常时,数值解随时间的变化趋势跟观测结果有较好一致性。当大气模式取为定常时,数值解随时间的变化趋势跟观测结果差别较大。     

大气边界层物理

本书并不是作者与丘德诺夫斯基在1949年合著的大气近地面层物理一书的再版,在内容上两者有很大差别,本书除绪言外共有五章,第一章具有引言性质,叙述了一般流体热力学原理,对大气边界层内的物理过程进行了初步讨论,第二章讨论了定常及水平均匀条件下大气行星边界层的性质及结构。第三,四章讨论了大气边界层内气象要素的非定常变化和由于作用面的水平不均匀而引起的变化(日变化,夜间降温,气团变性及地方性风等问题)。最后第五章讨论了一些与大     

小尺度深凹地形边界层影响因子的数值试验研究

建立了一个针对小尺度深凹地形的、高分辨的、三维非静力的边界层试验模式,通过求解非定常的方程组获得边界层的定常解。有选择地对影响深凹地形边界层结构的不同因子进行了数值试验研究。结果表明,深凹地形的深度Ｈ、坡度α以及初始地面风速ｕ０的大小和初始风速的垂直切变（Ｐ）等因子对边界层的结构有较大的影响,且模式具有较好的稳定性。     

非定常,水平非均匀的正压EKman边界层的动力特征

除了动量的局地变化和水平平流之外,本文讨论了动量垂直输送和β-效应在均质正压的Ekman边界层中的作用。利用奇异摄动方法,得到了精确到O(R_0~2)的Ekman边界层中水平风场的垂直结构和边界层顶垂直速度的解析表达式,对解的非定常和水平非均匀特征作了定性讨论。用一迭加在均匀西风气流上的园形、定常涡旋场的定量计算表明,动量垂直输送和β-效应对Ekman边界层中水平风速分布、边界层厚度及边界层顶垂直速度均有明显的影响。     

夏季金塔边界层风、温度和湿度结构特征的初步分析

利用2004年6～7月在河西走廊金塔陆-气相互作用试验的观测资料,分析了该地区夏季夜间和中午风、温、湿的垂直结构特征,结果表明：夏季夜间,当地面风较小时,金塔绿洲高空可能为偏西风气流,夜间稳定层高度大致在100～190m。夏季中午,当低空为偏东风时,风速随高度的变化比较复杂。总的来说,存在着东风急流,急流高度在1000-4000m之间,大气边界层顶盖（即逆温层底）约在3000-3600m高度,在500-800m高度以下存在绿洲内边界层;当低空为偏北风或西北风时,高空都为偏西风或西北风气流,低空风速随高度的变化比较平缓,风速有时存在极大值,大气边界层顶盖（即逆温层底）在3500m左右,在1200m以下可能存在绿洲内边界层,绿洲内边界层高度有时会很低。     

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。     

乌鲁木齐大气边界层结构的四季特征初探

利用乌鲁木齐市2011～2012年08时、20时L波段(1型)雷达探测的高空资料建立了乌鲁木齐大气边界层气象要素数据库,分析了乌鲁木齐边界层内气温、风向、风速和相对湿度的垂直分布及其时间变化特征。结果表明：边界层内温度廓线的日变化和季节变化比较显著,各月均有逆温出现,且08时较20时更易出现逆温,冬季08时逆温层厚度较厚且强度最大。边界层内夏、冬两季风速随高度变化波动较大,春、秋两季变化较小。近地层春、夏、秋三季08时盛行西南偏南风,冬季盛行偏东风和西南风;20时春季盛行东北风,夏秋盛行偏北风和西北风,冬季则盛行东风和东北偏东风。08时、20时风向均随高度的增加呈明显的向右偏转趋势,且日风向的变化具有明显的“山谷风”特点。08、20时的相对湿度冬季最大,夏季最小,且随高度增加,春、夏两季08、20时相对湿度的变化较大。     

夜间大气边界层热力因子的数值研究

本文使用了一维非定常热力方程对夜间大气边界层热力结构进行了数值模拟.结果表明:(1)当天气形势变化平稳时,平坦地区夜间边界层热力结构的变化主要受到湍流与辐射传输作用的影响.(2)由于地-气之间热量传输的相互调整作用,使低层湍流变温率与地面温度变率之间表现为有相同周期的变化. 文中通过该模式的计算结果与复杂地形的实验资料的对比,研究了平流作用对温度垂直分布的影响.     

登陆台风启德近地层强风特性观测研究

根据Airda3000Q型边界层风廓线雷达获取的台风启德(1213)强风观测数据,分析了强风条件下的近地层风廓线特征,发现以下观测事实:台风中心经过前后风速呈现尖耸的"M"形双峰变化,台风眼壁强风区风速最大,台风眼区经过前后100m高度极大10min平均风速分别为35.7、35.4m/s,眼区经过时出现最小风速为16.2m/s;而风廓线幂指数α则呈现比较平缓的"M"形双峰变化,风廓线幂指数α出现极大值的时间比风速出现极大值的时间分别提前约1h和延后3.5h,台风眼区经过时风廓线幂指数α接近最小,甚至出现负值;台风影响期间,风的垂直变化主要发生在200m以下的低空,风的垂直变化率有波动,最大值出现在台风眼壁强风区和台风中心过境后的外围大风区。     

边界层风温场的数值研究

利用改进的边界层模式,对平坦地形条件下的非定常边界层风温场进行了数值模拟。着重考察了边界层风温场结构受迫于地面温度变化而伴随的时间变化问题,通过对各种不同型式的初始风场在不同的初始温度层结下,风温场时空演变过程的数值计算,揭示边界层风温场日变化的物理机制、相互联系,以及不同型式的初始风温场对夜间急流的影响。     

稳定大气边界层中风向脉动的特征

本文对稳定大气边界层中风向脉动的特征进行了讨论。用美国波德大气观测台(BAO)气象塔上超声风速仪的观测资料,计算了三种不同稳定大气结构条件下垂直风向σ_w/U和横截风向σ_v/U随时间的变化。结果表明σ_w/U和σ_v/U随平均时间的变化分别与垂直风速和横向风速的能谱分布有关。σ_w/U和σ_w/U随平均时间变化的峰值与能谱峰值的时间尺度相当。 在重力内波的情况下,边界层大气中往往伴随有风向切变。由于稳定大气边界层的结构十分复杂,通常,风向脉动参数和Ri数及高度之间无简单规律。只有在一层逆温时,在风速和Ri数均随高度增加的情况下才有一定的简单关系。     

海面粗糙度可变时定常非中性大气边界层数值模式

本文结出一个海面粗糙度可变时定常非中性大气边界层数值模式,其中粗糙度是摩擦速度的函数,湍流交换系数是湍流热通量和风切变的函数,而热通量在海气温差已知时由近地层通量梯度关系求出。解得的风和若干边界层特征参数符合观测及理论考虑。因此,只要知道地转风、纬度及海气温差即可用本模式计算海面大气边界层中不同高度的风。     

青藏高原中部聂荣亚寒带半干旱草地近地层湍流特征研究

湍流运动是大气最基本的运动特征,是地气间能量物质交换的主要方式。利用2014年7月18日至8月31日青藏高原中部聂荣观测站的近地层湍流观测资料,分析了该地区近地层湍流统计特征以及近地层通量的日变化特征。结果表明:在不稳定和稳定层结下,风速分量归一化标准差σ_u/u_*,σ_v/u_*,σ_w/u_*与稳定度参数z/L满足相似理论的"1/3"定律,近中性条件下趋于常数,并表现为σ_u/u_*≈σ_v/u_*σ_w/u_*;在不稳定层结下,温度、水汽密度和CO_2浓度归一化标准差σT/|T*|、σq/|q_*|和σ_C/|C_*|与|z/L|满足"-1/3"定律,在近中性层结下趋于常数,且明显大于青藏高原其他地区。湍流在风速0 m·s~(-1)U3 m·s~(-1)的环境中发展最为旺盛,垂直风分量的湍流强度较水平风分量更为集中,三个方向的湍流强度基本表现为I_u≈I_vI_w。夏季潜热通量大于感热通量,CO_2通量的日变化以吸收为主,最强达到0.46 mg·m~(-2)·s~(-1)。     

关于边界层阻力定律在非定常均匀条件下的推广

用自由大气实际风速取代地转风,得到了非定常均匀条件下阻力定律和边界层内参数的一些性质及相似性函数Ａ、Ｂ的特性。该方法和结果可应用于大气模式中的边界层参数化以及与相似性函数有关的一些研究。     

行星边界层中多极值风速廓线的研究

本文利用325米气象塔及声雷达探测资料分析了夜间平稳天气条件下行星边界层中风速出现多极值的现象。分析指出,多极值风速与边界层中多层逆温有密切的联系,当温度场出现多层逆温并维持一定的强度和时间后,便相应地出现了多层风速极大,风速极大值出现的高度在逆温顶附近或稍高。 文内还用一维非定常模式模拟了多极值风速廓线的形成。     

徐州冬季边界层低空急流的观测研究

大气边界层内风速廊线常呈极大值分布,称为边界层低空急流。本文根据徐州×厂地区边界层风实测资料,证实该地区边界层下部存在低空急流现象,并对它的特点作了初步分析。     

基于加密探空资料对不同海拔高度台站边界层大气的对比分析

本文利用中国气象局成都高原气象研究所西南涡加密观测试验获取的探空资料及地面台站资料,对比分析了高原东侧的四川省境内不同海拔高度台站的边界层特征,结果表明:高海拔地区地表大气受陆面的影响更为剧烈,日变化幅度更大,且极值出现时间更早。温度/比湿/风速的差异都主要体现在低层边界层大气中,越靠近地面,差异越显著。其中,温度递减率在02:00（北京时,下同）最小,14:00最大,高海拔测站受陆面影响的大气层厚度比低海拔测站大,低海拔测站在近地层300 m以下大气中存在明显的逆温现象。14:00近地层大气的比湿最小,午夜02:00近地层大气的比湿最大,高海拔地区低层大气的平均比湿递减率小于低海拔地区。高海拔地区风速日变化幅度大,4个时次的风速廓线形态差异也大;低海拔地区风速变化幅度小,4个时次的风速廓线形态也比较一致。高海拔台站地表大气的日变化幅度大,极值出现时间略早。