乌鲁木齐市边界层日变化特征

利用乌鲁木齐市晴天CFL-03型风廓线雷达观测资料,分析了边界层日变化特征。得出结论如下:边界层结构季节变化明显。冬、春季300~600m以下风速较小,小于3m/s,且愈近地面风速愈小;以上风速大、风向恒定,基本为东南大风。夏季和秋季风速比冬季和春季小,流场特征较复杂,水平风速和风向变化较活跃,存在明显的风切变。折射率结构常数春、秋和冬季比夏季分别小1个、3个和1~3个量级;夏季最大,集中在10~(-16)~10~(-13) m~(-2/3)之间。春、夏和秋季晴天湍流动能耗散率量级分别在10~(-6)~10~(-2) m~2·s~(-3)、10~(-4)~10~(-3) m~2·s~(-3)、10~(-6)~10~(-3) m~2·s~(-3)之间;白天比夜间约大1个量级。晴天折射率结构常数和湍流动能耗散率日变化特征与风场日变化特征有较好地对应关系,即湍流发展旺盛的区域与风速较大的区域相一致。风廓线雷达资料反演的湍流动能耗散率对春季和夏季边界层结构日变化演变特征的监测较好。夏季夜间稳定边界层约400~500m,残余层可达到约1800m,对流边界层可发展到约2500m,混合层约2200m,夹卷层约300~400m。     

乌鲁木齐市近地层风切变指数特征

利用乌鲁木齐市5座100 m气象铁塔2012年6月—2014年4月10层风速观测资料,应用统计学方法详细分析了乌鲁木齐市城区和郊区近地层风切变指数特征,得出以下结果:乌鲁木齐市风切变指数分布范围在-1.5~1.5,基本呈正态分布。风切变指数与风速大小关系密切,当风速1 m/s时,切变指数变化较大;当风速2 m/s时,切变指数变化较小。城区和郊区最大切变指数出现高度差异较大,南郊燕南立交切变指数最大在36~46 m,城区水塔山在60~77m,城区鲤鱼山在13~22 m,近北郊红光山在46~60 m,北郊米东在28~36 m。各层切变指数白天变化幅度大,夜间变化幅度小。切变指数日变化不规律与城市边界层变化的复杂性密切相关。降温幅度大的秋季-冬季时段,易出现切变指数小于0的情况。     

乌鲁木齐市低层大气稳定度分布特征的统计分析

利用乌鲁木齐市4座100 m梯度气象塔2013年6月至2014年4月10 min气象资料,对比分析了温差法、温差-风速法、风速比法、理查森数法和总体理查森数法计算的A~F类大气稳定度的适用性,表明温差-风速法更适合乌鲁木齐市大气稳定度的分类,运用该方法计算出的A~F类稳定度进而统计分析乌鲁木齐市城区和郊区稳定度的频率分布特征。结果表明:郊区稳定类所占比例高于城区,城区中性类高于郊区,南郊和城区不稳定类高于北郊。中性类在冬季较大,春季和秋季较低;不稳定类在6月最高、9和1月最低;稳定类在10和1月最高、6和7月最低。白天以不稳定为主(占全天88.3%~96.3%)、夜间以稳定为主(占全天51.3%~60%),夏季最明显。不稳定与中性、稳定的日变化相反,郊区日出时和城区日出后2 h左右稳定类频率最大。中性(D类)在日出和日落后1~3 h分别出现两个峰值。寒潮天气稳定性比高温天气强,静风天气郊区稳定类比大风天气强,扬沙发生前以中性和稳定类稳定度为主、发生时和发生后以不稳定为主,降雨天气不稳定类比暴雪天气强。春季和夏季重污染天气B、C和F类为主,夏季南郊和近北郊C和F类约45%,秋季B和E类为主,约40%~50%;冬季城区D类频率最大,南郊、北郊和近北郊F类频率最大。     

武汉青山长江公路大桥设计的风参数研究

利用黄陂气象站、武汉青山长江公路大桥桥位处新建的测风塔和湖北省农展中心自动气象站风资料,采用极值I型分布法对武汉青山长江公路大桥设计的风参数进行研究,结果表明:(1)桥位区10 m高度年最大、极大风速为分别为17.0 m·s~(-1)、20.9 m·s~(-1),年均大风日数为5.8 d,年最多风向为NNE;(2)气象站100 a重现期10 m高度10 min平均年最大风速(基本风速)为25.6 m·s~(-1),桥位处100 a重现期10 m高度10 min平均年最大风速(设计风速)为29.0 m·s~(-1);(3)风速较大时水平动量的垂直湍流通量较风速小时大、湍流参数较风速小时小、湍流谱密度值较风速小时增大1～2个量级;极大风速发生时1 h内的风攻角为0°～3°。     

Tides and Turbulent Mixing in the North of Taiwan Island

Microstructure and hydrological profiles were collected along two cross-shelf sections from the deep slope to the shallow water in the north of Taiwan Island in the summer of 2006. While the tidal currents on the shelf were dominated by the barotropic tide with the current ellipse stretched across the shelf, significant internal tides were observed on the slope. The depth-mean turbulent kinetic energy(TKE) dissipation rate on the shelf was 10~(-6)W kg-1, corresponding to a diapycnal diffusivity of 10~(-2)m~2s~(-1). The depth-mean TKE dissipation rate on the slope was 1 × 10~(-7)W kg-1, with diapycnal diffusivity of 3.4 × 10~(-4)m~2s~(-1). The shear instability associated with internal tides largely contributed to the TKE dissipation rate on the slope from the surface to 150 m, while the enhanced turbulence on the shelf was dominated by tidal or residual current dissipations caused by friction in the thick bottom boundary layer(BBL). In the BBL, the Ekman currents associated with the northeastward Taiwan Warm Current were identified, showing a near-bottom velocity spiral, which agreed well with the analytical bottom Ekman solution.     

不同季节天气条件下风廓线雷达测风精度分析

采用建瓯风廓线雷达(CFL-06)观测资料,分析不同季节天气条件下风廓线雷达的测风精度,同时还选取了永安风廓线雷达(CFL-03)数据进行了对比分析。结果表明,四个季节在探测高度低于4 km时,获得的对称波束水平风分量差值的平均值很小,且小于0.5m·s~(-1),标准差值也比较一致,且小于10 m·s~(-1),探测精度均较好。当探测高度超过4 km后,春、冬两季对称波束水平风分量差值的平均值和标准差值开始增大,在7.1 km高度平均值和标准差值达到最大,分别为9 m·s~(-1)和28 m·s~(-1),夏、秋两季探测精度高于春、冬两季的。在探测高度低于4 km时,不同季节4种方法计算的垂直速度基本一致,以春季大气最为均匀,其次是冬季的,夏、秋两季的最差。在探测高度超过5 km后,春、冬两季4种方法计算的垂直速度偏差增加较快,最大分别为0.9 m·s~(-1)和1.0 m·s~(-1),夏季4种方法计算的垂直速度偏差较小。夏、冬季水平风向和风速测量精度优于春、秋两季的,秋季测量精度最低,水平风速标准差值在0.0～1.5 m·s~(-1)和水平风向标准差值在0～15°范围内所占比例分别只有51.6%和54.0%。总的来说,风向和风速测量精度普遍不高,需要进一步改进算法,减少计算误差,提高探测性能。     

广州冬季大气消光系数的贡献因子研究

2008年1月1～31日和2月6～24日在广州城区每天采集一个PM2.5样品,对样品进行有机碳、元素碳及水溶性离子分析,利用美国IMPROVE能见度方程计算得到广州冬季大气消光系数.结果发现:冬季PM2.5 日均值质量浓度为89.0±53.4/μg·m~(-3),OC(Organics Carban)质量浓度为16.9±11.9μg·m~(-3),EC(Element Carbon)质量浓度为5.9±3.4 μg·m～(-3),水溶性离子总浓度为43.9±23.5μg·m~(-3).冬季大气消光系数均值为342±185 Mm~(-1).广州冬季大气消光系数主要贡献者为(NH_4)_2SO_4、NH_4NO_3、POM(Par-ticular organic matter)、EC和NO_2,对消光系数的贡献率分别为36.3%、14.5%、26.6%、17.4%和5.2%.     

1961—2004年黑龙江省近地层风速变化趋势分析

利用1961—2004年地面风速资料,分析了黑龙江省近地层风速变化趋势特征,并对比了国家气象站与农垦气象站风速变化的异同,最后探讨了黑龙江省近地层风速对气候变暖、人类活动的响应。结果表明:(1)近44年来,除极少数测站外,黑龙江省大部分地区年和四季风速呈现显著减小趋势;春季平均风速减小最大,为1.74 m·s~(-1);冬季次之,为1.40 m·s~(-1);秋季较小,为1.33 m·s~(-1);夏季最小,为0.99 m·s~(-1)。(2)国家气象站与农垦气象站风速均呈现减小趋势,但农垦气象站减小幅度小于国家气象站,这可能与1978年以来黑龙江省城市化进程加快有关。(3)黑龙江省近地层风速的减小与气候变暖和人类对土地利用方式的改变有一定关系。     

青藏高原西部狮泉河陆面过程参数和土壤热属性参数研究

青藏高原陆面过程对中国的天气和气候具有重要影响。高原西部因自然环境恶劣、近地层观测实验缺乏而难以精确确定陆面过程参数和土壤热属性等参数,陆面过程模型通常只能采用模型默认参数,给该地区陆面过程模拟结果带来了不确定性,也降低耦合了陆面过程模型的天气气候模式性能。本文利用2015年6月至2017年1月期间青藏高原西部狮泉河站的陆面过程观测资料,分析了该地区常规气象特征,估算了空气动力粗糙度、热力粗糙度、地表反照率、土壤热容量、土壤热传导率、土壤热扩散率和土壤水通量密度等重要参数。结果表明,狮泉河区域近地层以偏西风为主;气温、太阳辐射、比湿等的季节变化比较显著;干湿季分明,降水主要集中在6—9月。地表反照率受土壤湿度影响,存在微小的季节变化,平均为0.20,与沙漠和戈壁相当。空气动力粗糙度和零平面位移受各方位地物分布影响而存在差异,平均分别为5.58×10~(-2)m和0.44 m。不同热力粗糙度计算方案在该地区的性能存在较大差异;热传输附加阻尼及热力粗糙度受大气边界层层结状况影响,狮泉河大气边界层层结以不稳定为主,不稳定层结下热传输附加阻尼kB-1和热力粗糙度平均值分别为11.37和6.44×10~(-7)m。土壤热容量、热传导率、热扩散率和水通量密度年平均分别为0.95×106J·m~(-3)·K~(-1)、0.24 W·m~(-1)·K~(-1)、2.73×10~(-7)m~2·s~(-1)和0.12×10~(-5)m·s~(-1),与塔克拉玛干沙漠和敦煌戈壁的观测结果比较一致。     

麦田通量数据质量控制及能量闭合性分析

近地面层能量不闭合是涡度相关系统观测中普遍存在的难点问题。为了提高涡度相关系统通量观测数据的质量,选取郑州农业气象试验站2009年10月—2010年6月整个冬小麦生长季的通量观测资料,对30 min通量数据进行野点剔除、数据插补和Webb-Pearman-Leuning(WPL)校正等数据预处理。用两种方法(OLS和EBR)评价了该地区麦田生态系统能量平衡状况。结果表明:处理后的数据质量有明显提升,日平均湍流能增加7.09 W·m~(-2),日平均CO2通量减少0.0730 mg·m~(-2)·s~(-1)。农田涡度相关系统观测的能量平衡比率(EBR)日变化规律明显:早晨和傍晚昼夜交替时EBR波动最大,白天能量闭合状况优于夜间;暖季EBR大部分都在1左右浮动,能量平衡闭合程度较高,而冬季能量平衡闭合程度比暖季偏低。能量通量和湍流通量有较强的相关性,决定系数R2=0.8066,能量闭合度为88%,存在能量不闭合现象。     

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)。     

探测环境变化对密云气象站地面风观测的影响

文章利用密云站、上甸子站1994-2013年的地面风观测资料,以上甸子站作为参考站,对比分析了密云站第二阶段与第一阶段风观测值的差异。结果表明:第二阶段风速平均值较第一阶段减小了0.5 m·s~(-1);2013年年平均风速受台站周围环境影响最大;观测场周围障碍物对不同季节、月平均风速影响程度为:春季最大,夏季最小;3月最大,8月最小;观测场周围环境对西南偏西风风速影响最大,对1~2 m·s~(-1)风速频率影响最大。第二阶段静风频率增加了5.5%;各季静风频率均有增加,冬季最大,春季最小,秋季大于夏季。     

基于气温日较差的西宁热岛效应研究

本文选取西宁(城区)、湟中(南郊)、互助(北郊)3个气象观测站1986～2015年最高和最低温度资料,研究分析基于气温日较差的西宁热岛效应。结果表明,近30年城区、北郊年平均日较差总体呈下降趋势,下降幅度分别为0.15和0.29℃/10a,年代际分析表明21世纪10年代城区日较差距平偏低最多为0.73℃,日较差存在周末效应;城区日较差下降速率快于郊区,日较差变化趋势春季为正,其余各季为负,城区冬季变化显著,大于郊区;城区日较差逐渐减小,说明城市浑浊度逐年增加,热岛效应增强。      

内蒙古空中水汽资源气候特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析内蒙古地区的水汽资源时空分布特征,探讨该地区水汽通量及收支等特征。结果表明:内蒙古地区年平均可降水量为10~15kg·m~(-2),夏季可降水量最大,冬季最少。全区主要受偏西或西北向的水汽通量影响,除东北部外,全区大部地区为水汽辐散。夏季,东、西部水汽输送特征有很大差异,东部受西南风水汽通量控制,且为水汽辐合。全区年均水汽输入为13.74×107kg·s~(-1),夏季的水汽输入量最多,高达21.93×107kg·s~(-1),秋季最少。全区年均水汽输入量约4.33×10~(15)kg,年均降水量为3.34×10~(14)kg,降水仅占全部水汽输入的7.7%,空中可开发利用的水汽资源很丰富。     

一次沙尘天气过程中沙尘气溶胶对辐射的影响

沙尘气溶胶对辐射有显著影响,利用耦合了Shao2004起沙参数化方案的WRF/Chem(大气/化学全耦合模式),模拟分析了沙尘天气过程中沙尘气溶胶对辐射的影响。结果发现沙尘气溶胶可以导致地面向下的短波辐射通量减小42.51%,平均减小-3.30~-49.46 W·m~(-2),最大可达-162.67 W·m~(-2);沙尘气溶胶可以通过自身向外发射长波辐射,导致地面向下的长波辐射通量增大,地面向下的长波辐射通量平均增加为17.49~50.49 W·m~(-2),最大可达99.17 W·m~(-2)。当PM10浓度为10~20 mg·m-3,沙尘气溶胶能够减小地面向下的长波辐射通量,即沙尘气溶胶在该地区对大气具有"保温"作用;白天沙尘气溶胶主要增加大气层顶向上的长波辐射通量,夜间则减少大气层顶向上的长波辐射通量,大气层顶向外的长波辐射通量平均变化为-25.29~28.83 W·m~(-2),最大可达87.22 W·m~(-2)。     

苏州城区大气边界层低空急流特征分析

利用2012年苏州城区风廓线雷达的观测资料,从低空急流个例分析入手,选取1、4、7、10月四个典型月份,分析该地区边界层低空急流的时空分布及强度变化特征。结果表明:冬春两季低空急流发生频率最高,夏季出现频率最低。在4个典型月份里低空急流均表现出日落后出现频率升高,夜间保持稳定,日出后出现频率降低的特征。全年有80%的低空急流分布在900 m以下高度上,冬、夏季平均高度最低。全年低空急流风速70%以上集中在4~12 m·s~(-1),小于4 m·s~(-1)和大于20 m·s~(-1)的低空急流出现频率较低。     

乌鲁木齐市日最大边界层高度变化特征分析及其与空气质量的关系

利用2007—2017年乌鲁木齐市L波段探空雷达和地面常规观测数据,以Holzworth干绝热曲线原理,估算该地逐日最大边界层高度,并计算对应的边界层平均风速和通风量等数据。同时,应用2015—2017年空气污染指数(AQI),探讨空气质量与大气边界层参数的关系。结果表明:乌鲁木齐市日最大边界层年均高度为1415 m,总体上呈下降趋势,平均降幅为5. 9 m·a^-1。时间序列上,日最大边界层高度分布呈明显周期性。逐月数据呈"抛物线"状,1月平均高度最低(336 m),6月平均高度最高(2400 m)。冬季边界层平均风速最小,为2. 6 m·s^-1,春季和夏季最大,均为5. 6 m·s^-1。一年中,1月平均通风量最小,为977. 0 m^2·s^-1,5月平均通风量最大,为14835. 9 m^2·s^-1,4—9月为平均通风量大值期,平均通风量为13282. 3 m^2·s^-1。大气污染物在风速弱、边界层高度低和通风量小条件下的累积,易造成中度以上污染。冬季,乌鲁木齐常处于蒙古高压后部或底部,为造成冬季污染严重的重要原因之一。     

吉林地面和高空风速变化特征及成因分析

利用1975-2012年吉林50个地面气象站观测资料和3个探空站测风资料,对地面和0.5~40km高空风速的时空变化特征进行了分析,并分析了高、低空风速变化的原因。结果表明:吉林地面(10 m)年和四季平均风速均呈现中西部和东部近海区较大、东南部地区较小的空间分布特征;近38年吉林地面年平均风速平均每10年减少0.21 m·s~(-1),高于全国平均和大部分区域平均,大风区或大风季节的风速减小幅度最大;在1975-2012年期间,吉林高空风速随高度增加呈先减小后增大的变化趋势,对流层和平流层下层的夏季平均风速趋于减小,冬季平均风速趋于增加,而且冬季风速增加对年平均风速增加的贡献最大。大气环流系统对吉林地面和高空风速均有影响,城市化的发展、观测环境的改变减小了地面风速。     

雷暴系统影响下的黄土高原塬区微气象特征研究

利用2012年5—9月中国科学院平凉陆面过程与灾害天气观测研究站的观测资料,对比分析了黄土高原塬区夏季发生的阵风雷暴、大风干雷暴和冰雹强降水雷暴过境期间近地层微气象特征。结果表明:雷暴系统过境前几小时近地层便出现较强上升气流,14 m高度30 min平均垂直速度可达0.25 m·s~(-1),这几乎比该区域无雷暴影响时的垂直速度大1~2个数量级。在雷暴系统过境期间,近地层气压迅速升高,气温急剧下降,上升气流变为下沉气流,14 m高度30 min平均垂直速度可达到-0.18 m·s~(-1)。同时,由于雷暴区与周围环境间存在极强的风速切变和温度切变,造成近地层湍流运动迅速发展,摩擦速度急剧增大,尤其大风和冰雹雷暴期间其值是中午摩擦速度的2倍以上。对湍流谱分析发现,雷暴影响期间湍流涡旋中大尺度涡旋能量显著增大,且此时大尺度涡旋对感热通量输送的贡献起到主导作用,这可能对雷暴系统的加强具有一定促进作用。     

2009年西北太平洋热带气旋定位和业务预报精度评定

依据《台风业务和服务规定》分析2009年热带气旋(TC)业务定位和业务预报精度,主要包括:6个方法的定位精度,12个综合预报方法、3个客观预报方法和6个数值预报方法的路径预报精度,以及4个方法的强度(近中心最大风速,下同)预报精度评定。结果表明:各方法的平均定位误差均小于21 km,平均17.1 km,较2008年有所改进。国内综合预报方法的24小时、48小时和72小时路径预报的平均距离误差分别为115.8 km、217.5 km和357.1 km,与2008年相比有所偏大;客观预报方法略优于综合预报方法,24小时和48小时预报的平均距离误差分别为113.0 km和211.4 km;4个官方综合预报方法比较发现,中央气象台对我国近海海域的TC路径预报具有明显优势。强度预报仍然以统计方法为主,2009年24小时和48小时近中心最大风速预报的平均误差分别为4.90 m·s~(-1)和7.43 m·s~(-1),相比近10年的平均水平,预报性能没有明显提高。