非均匀地面近地层风速廓线的实验研究

本文以Monin-Obukhov(1954)相似理论为基础,分析研究了北京西郊八角村地区80米高的铁塔上观测的风速和温度资料。 指出在均匀粗糙地面条件下,中性平均风速廓线在77米高度内很好地满足对数规律;稳定层结下,对数一线性规律在(0.03 ≤R_i≤0.69)一个很宽的稳定范围内都是适用的,但是必须十分注意其线性项常数β是随稳定度R_i而变的。本文给出了β-R_i之间的经验关系为β=0.35R(-0.9)对于不稳定层结描写风速切变函数φ_m,我们得到:弱不稳定范围使用|z/L| ~((-1)/4)规律     

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。     

近水面层温、湿、风廓线和湍流交换规律

本文分析了官厅水库近水面层的温、湿、风廓线规律,指出水面的波浪状况对廓线规律有影响。给出了中性层结时水面粗糙度、动力摩擦速度及阻力系数与风速和浪高的关系。得出了适用于水面的层结订正函数。还分析了不稳定层结条件下的温度廓线规律,并对温、湿、风廓线的相似性问题进行了讨论。     

农田植被层上方湍流通量输送特征分析

根据宵田植被层上方的温湿风梯度观测资料,采用基于莫宁－奥布霍夫相似理论的廓线梯度法计算了农田植被层上方的湍流通量,进而确定出拖曳系数、斯坦顿数和道尔顿数。文中检验了用于农田植被层上方湍流通量计算的普适函数的适用性,讨论了湍流通量以及拖曳系数等随稳定度参数、粗糙度高、平均风速等因子的变化规律。结果表明,农田植被层上方的湍流通量随层结构稳定度变化而变化;拖曳系数、斯坦顿数和道尔顿数也不是常数,而是层结     

大气应急响应模拟中城市冠层风廓线参数化方法检验

城市冠层内风场的准确模拟或预报是突发性大气污染应急响应措施制定和实施的重要前提和基础。为了合理反映城市冠层的影响, 并满足应急响应时效性的要求, 将MacDonald(2000)提出的城市冠层内风廓线参数化方法耦合于中尺度气象模式MM5, 并利用2010年7月18日至8月6日北京325 m气象塔垂直观测资料进行验证。试验结果表明:(1)城市冠层参数化方法能够较好的模拟各种稳定度条件下冠层内风速廓线垂直变化, 中性、稳定和不稳定层结时的标准平均偏差分别为78%、12%、4%, 标准平均误差分别为78%、52%、21%。(2)城市冠层参数化方法能够较好的模拟冠层内实际风速变化情况, 虽然随高度增加模拟偏差增大, 但8、15、32、47 m高度的模拟风速与观测值依然十分接近, 标准平均偏差分别为2%、-26%、25%、60%, 标准平均误差分别为54%、46%、52%、73%。(3)与传统的Monin-Obukhov相似性边界层参数化方法相比, 城市冠层参数化方法明显提高了冠层风速的模拟能力。中性、稳定、不稳定层结时, Monin-Obukhov相似性边界层参数化方法的标准平均误差高达420%、176%、184%, 城市冠层参数化方法的标准平均误差减小至78%、52%、21%;冠层内8、15、32、47 m高度, Monin-Obukhov相似性边界层参数化方法的标准平均误差分别为283%、184%、227%、167%, 城市冠层参数化方法的标准平均误差减小至54%、46%、52%、73%。     

塔克拉玛干沙漠腹地沙尘暴过程的大气边界层特征分析

利用系留探空、近地层梯度铁塔及地面气象站观测的数据,对塔克拉玛干沙漠腹地一次沙尘暴天气过程前后大气稳定度、混合层高度、地面气象要素及风、温、湿廓线等大气边界层特征量进行了分析。结果表明：沙尘暴发生时大气层结变得不稳定,沙尘天气过程中大气稳定度经历了稳定一不稳定一稳定的转变;沙尘暴的发生抑制了白天混合层高度的发展,维持了夜间混合层的存在,缩小了混合层高度的日变化;沙尘暴天气是一个降温增湿的过程;沙尘暴过境前后大气层结发生了转变,边界层风、温、湿廓线都打破了原有分布 规律,影响了大气边界层结构的发展变化。     

农田植被层上通量—廓线关系的研究

以莫宁－奥布霍夫相似理论为基础，利用风温梯度观测资料，采用迭代方法确定湍流特征参量Ｕ、Ｔ、Ｌ和廓线参数β、γ，得出了适用于确定农田植被层上方风温廓线和湍流通量的普适函数半经验表达式；分析讨论了大气层结稳定度与风湿廓线曲率、廓线参数以及普适函数的关系。     

农田植被层上通量－廓线关系的研究

以莫宁－奥布霍夫相似理论为基础，利用风温梯度观测资料，采用迭代方法确定湍流特征参量Ｕ＿＊、Ｔ＿＊、Ｌ和廓线参数β、γ，得出了适用于确定农田植被层上方风温廓线和湍流通量的普适函数半经验表达式；分析讨论了大气层结稳定度与风温廓线曲率、廓线参数以及普适函数的关系。     

黄土高原半干旱草地近地层湍流温湿特征及总体输送系数

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(简称SACOL站)2008年夏季晴天近地层湍流观测资料,分析了SACOL站近地层湍流温、湿统计特征,确定了大气动力学和热力学粗糙度长度,讨论了总体输送系数随大气稳定度的变化规律。结果表明,大气层结不稳定条件下,无量纲温度和比湿脉动方差与稳定度Z/L之间均满足-1/3次规律;大气层结稳定条件下,温湿脉动方差总体趋势是随大气稳定度增加而减小。水汽通量全天大于零,最大值为0.063 g·m-2·s-1,地表日平均蒸发量为1.9 mm。中性条件下,黄土高原半干旱草地动力学粗糙度长度为6.6×10-3m,热力学粗糙度为1.85×10-5m。大气层结不稳定条件下,CD平均值为4.4×10-3,CH平均值为3.9×10-3;中性条件下,CD和CH平均值分别为4.2×10-3和2.8×10-3;层结稳定条件下,CD平均值为3.1×10-3,CH平均值为2.1×10-3,表明总体输送系数随稳定度的增大而减小。     

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。