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。     

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。     

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。     

森林近地层大气湍流特性观测分析

利用长白山森林生态系统定位研究站观测资料,及2003年8月和9月涡旋相关资料,分析和比较了该地区近地层包括风速、风向、大气稳定度在内的平均场特征,以及湍流强度、无量纲化风脉动方差相似性和地表通量变化特征。结果表明:(1)8月和9月稳定度都基本集中在0附近;(2)风速2 m·s-1的环境中,湍流发展最为旺盛,随着风速的增大湍流强度先迅速减小,当风速增大到3 m·s-1后,湍流强度偏离0值变大了一些,再继续增大到一定风速大小以后,湍流强度基本不随风速变化;(3)无量纲化三维风脉动方差符合Monin-Obukhov相似理论的"1/3"定律,其最佳通用相似函数在稳定和不稳定条件下都可以拟合得到;(4)地表通量均表现出明显的日变化特征,8月以潜热为主,感热较小;9月仍以潜热为主,但是相比8月明显偏小,感热变化不大。     

北京城市下垫面边界层湍流统计特征

分析了1998年10月在北京325 m气象塔47 m、120m及280m 3层取得的湍流资料,讨论了湍流宏观统计特征量等随稳定度变化的规律.结果表明,47 m及120 m观测到的感热通量的日变化基本一致,城市边界层中近地层高度可达100m左右,这主要是由于下垫面粗糙度很大所致.同时发现当冷空气来临时,边界层中的感热通量会有明显增大.     

青藏高原东部土壤冻融过程中近地层湍流统计特征分析

利用玛曲黄河源区气候与环境综合观测研究站的湍流资料,分析了青藏高原东部玛曲地区土壤冻融过程中近地层湍流统计特征的差异.结果表明,冻融过程中不同阶段近地层湍流输送特征表现出一定的差异性;各个阶段不稳定层结下无量纲化的风速分量脉动方差与稳定度符合1/3次方律,近中件条件下无量纲化的风速分量脉动方差近似为常数,水平方向上的风...     

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)。     

珠穆朗玛峰绒布河谷近地层大气湍流及能量输送特征分析

利用中国科学院2005年珠穆朗玛峰地区科学考察期间 (4月2日至6月7日) 收集的大气观测资料，分析了珠峰绒布河谷近地层水平风速、温度、湍流强度、湍流通量日变化及地表能量平衡特征。通过分析得出近地层三维风速方差与稳定度的关系基本满足1/3次方规律；珠峰绒布河谷近地层大气水平风速、温度、动量通量、感热通量和潜热通量均存在明显的日变化；地表获得的能量很大一部分以感热形式散失掉了，潜热所占比重很小。另外，还发现绒布河谷地区地表能量通量各分量并不满足能量平衡方程Rn=Hs+Le+G。通过对地面加热场的分析发现珠峰地表白天是强热源，晚上转变为弱冷源。     

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。     

冬季增城丘陵灌木林基本气象要素与湍流特征

介绍了广州增城丘陵灌木林通量站的地理环境、仪器布设,并利用该站2014年12月—2015年2月的观测资料,分析冬季华南丘陵灌木林下垫面近地层的风、温度、气压、湿度和大气稳定度等基本气象要素特征,以及湍流强度、风速归一化标准差的统计特征及通量特征。结果表明:（1）冬季增城站以北向小风为主,风速多小于4 m/s,日平均温度变化剧烈,平均相对湿度为67.94%;（2）大气稳定度集中于“±” 0.5之间,以近中性为主;冬季平均湍流强度I_u、I_v和I_w分别为0.37、0.31和0.19;在风速小于1 m/s时湍流发展旺盛,随风速增大,湍流强度减小并趋于稳定;（3）风速分量归一化标准差δ_u/u_*、δ_v/u_*、δ_w/u_*与稳定度Z/L之间满足莫宁-奥布霍夫相似理论,并呈1/3次方关系,且随|Z/L|的减小而减小,在中性层结（Z/L→0）均匀下垫面,其值为常数,分别为2.286、1.757和1.174;（4）冬季增城站的能量耗散以感热为主,晴天尤为显著;阴天感热与潜热大小相当;平均日间吸收CO₂极值为0.236 mg/(m2·s)。      

Measurements of the surface layer turbulence in the urban area

The turbulence characteristics measured in the surface layer over a real underlying surface are presented. The measurements are carried out at the 3- and 16-m levels using acoustic anemometers; at the lower level, the measurements are doubled. The diurnal cycle is obtained of the temperature flux and friction velocity. To obtain the temperature flux, so-called “acoustic” temperature is used as calculated from the sound speed data with corrections for air humidity and pressure. The normalized characteristics of turbulence are presented as dependent on dimensionless height z/L. The values of temperature flux and friction velocity increase with height: their day-integral values at 16-m level exceed those at 3-m level for about 20 and 35%, respectively.     

丝栗栲树干液流变化规律与环境因子影响

采用热脉冲树干液流测定仪对丝栗栲树干液流速度进行了定位观测,并用梯度自动气象站对气象和土壤等环境因子开展了同步观测,利用观测资料对丝栗栲树干液流速度的变化规律及环境因子的影响进行了分析。结果表明,丝栗栲树干液流速度的昼夜动态表现为双峰曲线。从木质部开始,随深度增加,丝栗栲液流速度也随之增大,在距形成层10 mm处的液流速度最大,随着深度再增加,液流速度又减小。回归分析还发现,丝栗栲树干液流速度相关性强的环境因子是风速、10 cm土壤温度、20 m空气温度、30 m空气温度、20 m空气相对湿度和100 cm土壤水势。其中,风速、20 m空气温度、100 cm土壤水势与液流速度呈正相关,10 cm土壤温度、30 m空气温度和20 m空气相对湿度与液流速度呈负相关。对于江西大岗山林区,由于水分充足,水分条件不是限制丝栗栲生长的主要因子,主要是受温度影响。     

基于潜标资料的中南半岛外海水文特征分析

基于2012年9月—2013年12月中南半岛外海累计16个月的长时间序列潜标观测数据,结合AVISO海表面高度异常（sea level anomaly,SLA）数据,首次详细分析了中南半岛外海典型中尺度涡的运动规律和垂向特征及其对环境水文特征的影响,揭示了该海域深层海流的时间变化特征。在观测期间共捕捉到3次中尺度涡过程,中尺度涡对站位所在海域主温跃层深度变化的最大影响振幅可达50 m。研究发现：1)观测站位所在海域各深度的温度异常时间变化与站位SLA时间变化的相关性随深度增加逐渐减弱。2)上层和中层的海水流动受中尺度涡影响显著。1 500 m和2 000 m的深层环流主要表现为季节变化;在强中尺度涡暖涡经过期间,中尺度涡能影响到1 500 m的环流场,同时出现30 d周期震荡。2 000 m流场则不受中尺度涡影响。3)中南半岛以东南海1 500 m处深层海流月平均流速夏季大于冬季,月平均可达3～5 cm·s-1;2 000 m处深层海流最大流速出现在冬季,月平均可达2～6 cm·s-1。深层海流受潮汐影响显著,潮汐作用主要影响深层海流东西向流速的变化。     

Characteristic Study of the Boundary Layer Parameters over the Arabian Sea and the Bay of Bengal Using the QuikSCAT Dataset

The marine atmospheric boundary layer （MABL） plays a vital role in the transport of momentum and heat from the surface of the ocean into the atmosphere. A detailed study on the MABL characteristics was carried out using high-resolution surface-wind data as measured by the QuikSCAT （Quick scatterometer） satellite. Spatial variations in the surface wind, frictional velocity, roughness parameter and drag coefficient for the different seasons were studied. The surface wind was strong during the southwest monsoon season due to the modulation induced by the Low Level Jetstream. The drag coefficient was larger during this season, due to the strong winds and was lower during the winter months. The spatial variations in the frictional velocity over the seas was small during the post-monsoon season （-0.2 m s^-1）. The maximum spatial variation in the frictional velocity was found over the south Arabian Sea （0.3 to 0.5 m s^-1） during the southwest monsoon period, followed by the pre-monsoon over the Bay of Bengal （0.1 to 0.25 m s^-1）. The mean wind-stress curl during the winter was positive over the equatorial region, with a maximum value of 1.5×10^-7 N m^-3, but on either side of the equatorial belt, a negative wind-stress curl dominated. The area average of the frictional velocity and drag coefficient over the Arabian Sea and Bay of Bengal were also studied. The values of frictional velocity shows a variability that is similar to the intraseasonal oscillation （ISO） and this was confirmed via wavelet analysis. In the case of the drag coefficient, the prominent oscillations were ISO and quasi-biweekly mode （QBM）. The interrelationship between the drag coefficient and the frictional velocity with wind speed in both the Arabian Sea and the Bay of Bengal was also studied.     

Verification of RASS-measured temperature profiles using a radio-controlled model glider

Potential sonic temperature profiles from a continuous electromagnetic, pulsed acoustic, radio acoustic sounding system (RASS) were compared with profiles recorded by a commercially available temperature, relative humidity and pressure recorder mounted in a radio-controlled model motor-glider. The glider profiles covered the period of the morning transition in the lowest 200 m of an initially stably stratified boundary layer. Comparison of the profiles shows that the sonic temperature can be calculated based on the average speed of sound in the boundary layer; this removes the need to correct for vertical velocity in each temperature profile, thus avoiding the possibility of contaminating the temperatures with measurement noise from the vertical velocity profiles. Further, the low-level cold bias that occurs with the spatially separated transmit and receive antennas of a bistatic RASS system was not significant for the present measurements as the separation between the antennas was minimised. The comparison of RASS and glider temperatures gives confidence in the use of RASS-derived temperatures for investigating the performance of boundary layer models.     

Turbulence above Lake Ontario: Velocity and scalar statistics

Measurements of the fluctuations of wind, temperature and humidity were made with an instrumented aircraft at altitudes from 30 to 300m above Lake Ontario. The variations of the standard deviations of these fluctuations are examined. By applying Monin-Obukhov similarity theory based on local fluxes, it is shown that the vertical velocity, temperature and humidity fluctuations scale with the local Monin-Obukhov length. In the limit of free convection, 1/3 and –1/3 power laws are approached with constants of 1.2, 1.2, and 0.8 for vertical velocity, temperature and humidity, respectively. The von Karman scale lengths increase with height but were much larger than those found by Taylor et al. (1970).     

Long-term changes and variability of monthly extreme temperatures in India

Extreme temperatures are changing worldwide together with changes in the mean temperatures. This study investigates the long-term trends and variations of the monthly maximum and minimum temperatures and their effects on seasonal fluctuations in various climatological regions in India. The magnitude of the trends and their statistical significance were determined by parametric ordinary least square regression techniques and the variations were determined by the respective coefficient of variations. The results showed that the monthly maximum temperature increased, though unevenly, over the last century. Minimum temperature changes were more variable than maximum temperature changes, both temporally and spatially, with results of lesser significance. The results of this study are good indicators of Indian climate variability and its changes over the last century.     

上海世博园上空边界层风垂直变化观测研究

利用平矩阵风廓线雷达于2007年7月17日至9月28日对上海世博园规划区上空的风垂直分布进行了观测.通过分析该地上空三维风场的日变化,发现夜间以偏西气流为主,白天风速较小,以偏东气流为主,表明该地区以海陆风为主导的环流特征是这一地区的局地环流日变化的基本特征.逐日变化分析表明,在8月2日以前主要以偏西北气流为主,之后基本是以东南气流为主,并且垂直运动特征以上升气流为主,强烈的垂直运动与偏西气流相关密切,同时偏北气流往往带来较强的上升运动.日夜平均廓线分析表明,夜间风速较大,并且夜间风速的垂直变化与白天相比也有很大不同,白天270 m以下风速随高度基本不变,而夜间从近地面向上风速随高度逐渐增大,低层<90 m的范围内白天风速大于夜间风速.城市冠层以上风向的日夜变化不明显,多为偏北气流控制.城郊风廓线的对比表明受城市下垫面粗糙度的影响,城市风速明显比郊区减小.城市和郊区的水平风速变化在城市冠层以上比较接近,相关系数达到了87%.