基于欧拉观测的大气扩散参数计算方法

利用超声风速仪对吉林省敦化市大石头镇进行了夏、冬季各10 d的观测。根据大气湍流扩散参数统计理论,利用欧拉观测的风速资料求解正态扩散模式中的大气扩散参数。结果表明:2005年夏季和2007年冬季B—F类稳定度的σy和σz均呈减小趋势,横轴y方向的总体扩散水平大于垂直方向z轴的总体扩散水平。夏季的σy在B—D类明显高于冬季的σy,且随着水平距离的增加更为明显;E—F类,夏季的σy在x=100 m处,略低于冬季,但随着水平距离的增加,夏季的σy比冬季的σy增加更快;夏季的σz在B—F类均高于冬季的σz,且随着水平距离的增加更为明显。该计算方法具有可操作性和实用性,可作为研究该地区大气湍流扩散规律和污染模式选取参数的依据。     

对流边界层中地面源的铅直扩散模拟

对流边界层(CBL)中高架源浓度轴线下倾而地面源浓度轴线上升。本文分析了形成这种相反的几何图象的机理，从而认为:只要能够恰当模拟CBL中铅直湍流结构的特征，一个粒子随机扩散模式应既能模拟高架源的扩散，也能模拟地面源的扩散。因此，用作者早先模拟高架源的模式模拟了地面源的铅直扩散，同样获得较好的结果，进一步证实了模式的有效性。本文还应用Thomson准则检验了模式，讨论了它在理论上的合理性和适用范围。     

footprint方法在湍流扩散分析中的应用

引入通量footprint分析方法,结合广西白龙核电厂拟建厂址的湍流实测资料,分析了观测站点不同方向上的通量footprint,并由此确定了水平扩散尺度及水平扩散时间,最终估算了水平扩散参数。与环境评价导则中推荐的扩散时间计算所得的水平扩散参数进行了对比分析。结果表明,离岸流的扩散参数比向岸流大,有利于湍流扩散,从而证明扩散参数具有偏保守性和局地扩散的特性。分析表明,footprint方法在湍流扩散参数分析中具有实际的应用价值。     

一个对流边界层中的随机扩散模式

通过对对流边界层(CBL)湍流结构的分析,首次提出用两种不同尺度的湍流模拟CBL中的铅直扩散.在此基础上发展了一个随机扩散模式,并用它模拟了典型对流条件下两种高架连续点源的扩散.与Willis水槽模拟和Lamb等人数值模拟以及CONDORS计划外场试验的结果的比较表明,本模式能成功地模拟CBL中的横向积分浓度.与其它数值模式相比,还具有输入参数少、计算量极小和更加简单实用的优点.     

山丘盆地辐射逆温与大气污染的关系

引言 大气染源的扩散稀释与辐射逆温的生成、演变、消失、强度及厚度等有着密切的联系。辐射逆温和山丘盆地抑制了铅直和水平方向的扩散能力,使排放到逆温层内的大气污物,在其动力抬升和热力浮升均消失后受阻而严重污染近地面空气。本文根据实际工作中的实测资料,对山丘盆地辐射逆温特征及其对空气污染影响作一初探,为山丘盆地的工业建设、环境保护等提供科学依据。     

对流边界层中的一个双高斯型PDF扩散模式

对流边界层（ＣＢＬ）中的污染扩散是非高斯型的。本文在下列三个假设下建立了双高斯型几率分布函数（ＰＤＦ）模式：１．对流边界层任一确定高度铅直速度Ｗ的几率分布函数ｐｗ由两个高斯分布迭加而成；２．从污染源释放的粒子具有源高的铅直速度几率分布，且其轨迹是线性的；３．粒子在地面的反射为全反射，在混合层高度Ｚｉ为全反射或有部分吸收。然后分析了三个高度上铅直速度Ｗ的一些统计特征量，比较了由ＰＤＦ模式计算的横风向积分浓度和Ｌａｍｂ的数值模拟［１－３］，Ｄｅａｒｄｏｒｆｆ的水槽模拟［４－６］结果，并用美国ＣＯＮＤＯＲＳ计划的外场试验资料［７］对ＰＤＦ模式进行了验证，结果均相当一致。     

对流边界层中粒子随机扩散模式和高斯模式的比较

用粒子随机扩散模式和高斯模式模拟的对应３种源高的横风向各分浓度的结果与水槽试验的结果进行比较，发现粒子随机扩散模式能较好地模拟出水槽试验结果，说明该模式能用来模拟对流边界层的扩散，而高斯模式不能完全反映对流边界层的扩散。比较两种模式的模拟结果，发现粒子随机扩散模式由于考虑了对流边界中由卷流和热泡引起的垂直方向上湍流的非均一性，比高斯模式能较好的模拟出污染物在垂直方向上充分混合较快、水平方向上扩散范     

重庆冬季大气边界层湍流扩散能力的初步研究

本文利用1989年12月16日至1990年1月14日在重庆市用三轴风速仪所测得到的三轴风速资料，分别计算了有风、静风、有雾时的大气扩散参数， 以及无雾有风条件下的湍流强度。文中对有风时、静风时、有雾时的扩散参数作了比较和研究，对无雾有风时的湍流强度作了分析。从而有助于了解重庆在有风、 静风或有雾时边界层内湍流扩散能力的大小。     

跃变型扩散的实验研究

本文为一次沿海岸边翻越二维山丘的扩散实验.结果表明:在一定条件下,假若两层空气的湍流强度和尺度的比值不大,当烟羽从上层侵入到下层较强混合气层时,不一定产生燻烟型扩散,仅表现为扩散参数在一定水平距离上的跃变.本文同时介绍了两组风洞实验的结果,其目的在于说明扩散参数跃变存在的事实.     

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。     

Characteristics of the Boundary Layer Structure of Sea Fog on the Coast of Southern China

Using boundary layer data with regard to sea fog observed at the Science Experiment Base for Marine Meteorology at Bohe,Guangdong Province,the structure of the atmospheric boundary layer and the characteristics of the tops of the fog and the clouds were analyzed.In addition,the effects of advection,radiation,and turbulence during sea fog were also investigated.According to the stability definition of saturated,wet air,the gradient of the potential pseudo-equivalent temperature equal to zero was defined as the thermal turbulence interface.There is evidence to suggest that two layers of turbulence exist in sea fog.Thermal turbulence produced by long-wave radiation is prevalent above the thermal turbulence interface,whereas mechanical turbulence aroused by wind shear is predominant below the interface.The height of the thermal turbulence interface was observed between 180 m and 380 m.Three important factors are closely related to the development of the top of the sea fog:(1) the horizontal advection of the water vapor,(2) the long-wave radiation of the fog top,and(3) the movement of the vertical turbulence.Formation,development,and dissipation are the three possible phases of the evolution of the boundary-layer structure during the sea fog season.In addition,the thermal turbulence interface is the most significant turbulence interface during the formation and development periods;it is maintained after sea fog rises into the stratus layer.     

辐射雾生消的数值研究(Ⅱ)──生消机制

首先分析了雾过程中影响温度、含水量及雾滴浓度的各种因子的变化，包括长短波辐射、湍流、凝结蒸发、重力沉降及碰并等过程。在此基础上，描绘出辐射雾生消变化的物理图象，即机制。最后，就不同风场、云层覆盖及土壤参数等对雾过程的影响进行了讨论。现在工作单位：     

环渤海近海岸雾产生的天气条件及边界层特征分析

利用渤海沿岸微波辐射计、风廓线雷达、四分量辐射仪和超声风速仪等多种观测反演资料,并结合常规站点气象资料,卫星云图,浮标气象水文观测和FNL（Final）再分析资料研究了2016年12月17~19日一次环渤海大雾个例产生的天气水文条件以及边界层垂直分层的辐射和湍流特征。研究发现:（1）此次大雾出现在大陆低压前部、入海高压后部的西南低空急流控制区域,与强急流相伴的暖湿平流输送为雾区提供了稳定的逆温和持续的水汽积累,非常有利于大雾天气的形成;（2）水汽通量的分布与低空急流的移动密切相关,近地面比湿的增速与低空急流的强度成正比;（3）由于低空急流的水汽输送增湿了环渤海低层大气,从而增强了大气辐射的衰减效应,导致雾形成前向下短波辐射逐渐减小,向下长波辐射不断增加,净辐射在大雾形成后趋近于零;（4）逆温有效抑制了湍流的发展,近地层湍流动能和摩擦速度微弱。     

华南沿海暖海雾过程中的湍流热量交换特征

湍流交换是海雾中的关键物理过程, 在海雾的热量和水汽平衡过程中起重要作用。本文根据2007年3月24～25日一次海雾的外场观测数据, 分析了海雾过程中近海面湍流热量交换特征; 并在区分风切变机械湍流与雾顶长波辐射冷却热力湍流的基础上, 着重分析了两种不同性质的湍流对海雾发展和维持的作用。结果表明: (1) 本次海雾是在西南低压和变性冷高压的控制下, 来自南海东部暖水区的空气平流在近岸冷海面上形成的暖海雾; 暖海雾中的湍流热量交换过程比冷海雾更为复杂; (2) 在暖海雾的形成和消散阶段, 风切变机械湍流的热量输送起主要作用; 而在发展和维持阶段, 既有风切变机械湍流的热量输送作用, 也有雾顶长波辐射冷却热力湍流的热量输送作用; (3) 风切变机械湍流向冷海面输送热量, 对近海面空气起到降温和增湿作用; 热力湍流同样向冷海面输送热量, 但对雾层起到增温和降湿作用; (4) 暖海雾中的湍流热量交换机制与雾层的非充分混合结构有密切关系。     

安徽沿长江东部春季一次大范围雾天气过程诊断分析

利用地面气象观测资料、高空探测资料、NCEP再分析资料、芜湖市边界层风廓线雷达资料和高速公路气象观测站资料,分析了2012年3月6日安徽省沿长江东部大范围雾天气过程形成的环流背景及雾生消的物理条件。结果表明：安徽沿江东部地区此次春季大范围雾的性质为辐射雾,雾发生时雾区上空为西到西南风为主,无明显冷空气影响,地面为高压控制的均压场,有利于雾的生成和维持。由雾生消的物理条件可知,近地面水汽条件较好和长波辐射降温造成的水汽凝结是此次大范围雾形成的重要原因。地面辐射降温形成的近地面逆温层有利于雾的维持,且随着近地面逆温层的抬升,雾层变厚并发展。低空的逆温层则形成稳定的层结,阻止水汽向上传输。近地面风速大小合适,风垂直切变小,低层有湍流,中层无明显上升运动,构成雾形成的有利动力条件;而湿层变厚又阻止了水汽向高层交换,有利于雾的生成和维持。日出后,太阳辐射增强,有利于雾发生和维持的地面辐射降温、逆温和动力条件逐渐消失,雾逐渐消散。     

南京雾-霾天气个例湍流运动特征的对比研究

利用超声风速仪、能见度仪等探测资料,采用Fortran、Matlab、Origin等软件处理数据并绘图分析,对比了南京郊区2013年12月4日一次霾过程、2013年12月7—9日一次雾过程和2013年12月3日一个晴天的湍流运动特征。结果表明,霾天和晴天平均水平风速、平均动能、湍流动能、湍流强度、摩擦速度、动量通量和热量通量都有明显的日变化,而这些参量在雾天没有明显的日变化,不同天气湍流参量大小有差异;霾、雾、晴天近中性层结下,u、v、w三个方向风速归一化标准差近似为常数,霾天分别为3.15、2.72、1.17,雾天分别为3.11、2.45、1.25,晴天分别为3.40、3.45、1.50;不稳定条件下霾、雾、晴天风速归一化标准差和湍流动能归一化标准差符合1/3幂次律,稳定条件下霾、雾、晴天无因次湍流动能均满足1/3幂次律;不稳定条件下霾、雾、晴天温度和湿度归一化标准差满足-1/3幂次律,稳定条件下霾、雾、晴天温度归一化标准差符合-2/3幂次律;雾天归一化u、v、w谱与Kansas谱吻合度比霾天和晴天高,霾天u、v、w谱峰值频率约为0.01 Hz,雾天u谱峰值频率约为0.004 Hz,v、w谱峰值频率约为0.1 Hz,晴天u、v、w谱峰值频率约为0.01 Hz。得出结论:雾天的边界层结构与霾天和晴天有所不同;不稳定条件下霾、雾、晴天风速、湍流动能、温度、湿度归一化标准差均符合莫宁-奥布霍夫相似理论;雾天归一化u、v、w谱比霾天和晴天更加符合莫宁-奥布霍夫局地各向同性理论,且霾天和晴天以机械湍流为主,雾天既有机械湍流也有热力湍流。     

辐射雾的数值模拟

本文通过数值模拟的方法,研究了辐射雾的形成和发展过程。模式较详细地考虑了湍流交换、长波辐射传输、重力沉降等过程。计算结果表明,辐射雾形成后会改变环境风、温场,反之,风、温场的改变又影响了辐射雾的发展。计算结果还表明,辐射雾最初是在离地面一定的高度上形成的,文中作了详细解释;辐射雾的发展是在湍流场和辐射场的相互作用下引起的。湍流作用是决定辐射雾形成、发展的重要因子,它一方面阻碍了辐射雾的形成,另一方面,它又能促进已形成的雾的发展。本文还研究了辐射雾形成前后的风、温变化以及长波辐射通量的变化。研究了含水量交换系数对模式的影响,结果表明,含水量交换系数的取值与动量交换系数是否相等,对模拟结果没有明显的影响。     

海雾的准周期振荡特征

根据南海北部海雾外场观测获取的高分辨率液态含水量、长波辐射通量数据,采用小波分析方法分析了2008年3月16—17日和18—19日两次海雾中的液态水含量、净长波辐射通量的变化特征,讨论南海北部海雾发展和维持的冷却机制。结果显示:(1)无论在有云或无云条件下,海雾都可发展和维持;但前者的液态含水量明显小于后者,而风速大于后者;(2)在地面海雾的生成之前和生成初期,净辐射通量都存在准周期振荡现象,无论无云/有云,地面海雾液态水的大幅度发展的阶段都存在含水量的准周期振荡现象;(3)含水量的准周期振荡现象与振荡发生时段的长波辐射通量关系不大,而主要通过湍流对液态水的混合作用与高空海雾液态水大量生成阶段的雾顶长波辐射间接相关。(4)海雾的生成都与雾顶长波辐射冷却密切相关,但发展和维持可通过不同的冷却机制,既可通过海气间湍流热量输送和辐射传输,也可通过雾顶长波辐射冷却。     

A Heavy Sea Fog Event over the Yellow Sea in March 2005： Analysis and Numerical Modeling

In this paper, a heavy sea fog episode that occurred over the Yellow Sea on 9 March 2005 is investigated. The sea fog patch, with a spatial scale of several hundred kilometers at its mature stage, reduced visibility along the Shandong Peninsula coast to 100 m or much less at some sites. Satellite images, surface observations and soundings at islands and coasts, and analyses from the Japan Meteorology Agency （JMA） axe used to describe and analyze this event. The analysis indicates that this sea fog can be categorized as advection cooling fog. The main features of this sea fog including fog area and its movement axe reasonably reproduced by the Fifth-generation Pennsylvania State University/National Center for Atmospheric Research Mesoscale Model （MM5）. Model results suggest that the formation and evolution of this event can be outlined as： （1） southerly warm/moist advection of low-level air resulted in a strong sea-surface-based inversion with a thickness of about 600 m; （2） when the inversion moved from the warmer East Sea to the colder Yellow Sea, a thermal internal boundary layer （TIBL） gradually formed at the base of the inversion while the sea fog grew in response to cooling and moistening by turbulence mixing; （3） the sea fog developed as the TIBL moved northward and （4） strong northerly cold and dry wind destroyed the TIBL and dissipated the sea fog. The principal findings of this study axe that sea fog forms in response to relatively persistent southerly waxm/moist wind and a cold sea surface, and that turbulence mixing by wind shear is the primary mechanism for the cooling and moistening the marine layer. In addition, the study of sensitivity experiments indicates that deterministic numerical modeling offers a promising approach to the prediction of sea fog over the Yellow Sea but it may be more efficient to consider ensemble numerical modeling because of the extreme sensitivity to model input.     

Analysis of Coastal Fog from a Ship During the C-FOG Campaign

This work presents ship-based measurements of fog off St John’s, Newfoundland, on 13 September 2018 during the Coastal Fog field campaign. The measurements included cloud-particle spectra, cloud-base height and aerosol backscatter, radiation, turbulence, visibility, and sea-surface temperature. Radiosonde soundings were made at intervals of less than 2 h. Fog occurred in two episodes during the passage of an eastward-moving synoptic low-pressure system. The boundary-layer structure during the first fog episode consisted of three layers, separated by two saturated temperature inversions, and capped by a subsidence inversion. The lowest layer was fog, and the upper layers were cloud. The second fog episode consisted of one well-mixed fog layer capped by a subsidence inversion. Low wind speeds and stable stratification maintained low surface-layer turbulence during fog. Droplet size distributions had typical bimodal distributions. The visibility correlated with the droplet number concentration and liquid water content. The air temperature was higher than the sea-surface temperature for the first 30 min of the first fog episode but was lower than the sea for the remainder of all fog. The sensible heat flux was upward, from sea to air, for the first 62% of the first fog episode and then reversed to downward, from air to sea, for the remainder of the first fog episode and the second fog episode. The counter-gradient heat fluxes observed (i.e., opposite to what is expected from the instantaneous air–sea temperature difference) appear to be related to turbulence, entrainment, and stratification in the fog layer that overwhelmed the influence of the air–sea temperature difference. While the synoptic-scale dynamics preconditioned the area for fog formation, the final step of fog appearance in this case was nuanced by stratification–turbulence interactions, local advective processes, and microphysical environment.