大理苍山—洱海局地环流的数值模拟

利用耦合了湖泊模型的WRF_CLM模式模拟了秋季大理苍山—洱海地区的局地环流特征。结果表明:模式对近地面温度、风向、风速的模拟与观测基本一致,模拟结果能较好地再现该地区山谷风和湖陆风相互作用的局地环流特征。在秋季,大理苍山的谷风起止时间为08:00~17:00(北京时,下同),湖风起止时间为09:00~19:00。局地环流受高山地形及洱海湖面影响明显,山谷风形成早于湖陆风1 h,夜间山风、陆风强盛于白天谷风、湖风。白天苍山谷风与洱海湖风的叠加作用会驱动谷风到达2600 m的高度,而傍晚最先形成的苍山山风则会减弱洱海的湖风环流。夜间盆地南部在两侧山风、陆风的共同作用下,形成稳定而持续的气旋式环流。日出以后,对流边界层迅速发展,边界层高度逐渐增高。陆地17:00温度达到最高,边界层高度也达到峰值2000 m,之后逐渐降低。日落后形成稳定边界层,边界层高度在夜间基本保持在100 m。相对于陆地,湖面白天边界层高度低300 m,夜间边界层高度高100 m。     

中尺度模式对冬季兰州市低空风场和温度场的数值模拟

利用美国NCAR新一代中尺度模式MM5V3，对山谷城市兰州冬季风场和温度场进行了数值模拟研究。模拟结果与现有理论及观测事实基本一致。表明MM5V3中尺度模式可用于研究山谷城市的大气边界层情况，模式能够较好地模拟山谷城市冬季边界层的风场和温度场特征，模拟结果分析表明，位于河谷盆地内的兰州，冬季近地面风场是山谷风环流和城市热岛环流共同作用的结果，冬季夜间地面流场辐合明显，低空盛行东风，夜间距地300m左右，风向转变为偏西风，白天风向转变高度高于夜间，大约在500m以上；冬季温度场逆温特征明显。     

贵阳市严重大气污染的数值模拟

使用三维地形跟踪坐标系上的动力学流场模式和平流扩散方程浓度场模式、模拟了造成贵阳市冬季严重二氧化硫污染的局地环流特征以及相庆的ＳＯ２浓度分布，结果表明冬季稳定冷高压系统控制下的晴朗小风天气是造贵阳市严重大气污染的主要天气条件，其基本特点是地面小风，边界层下部较强的逆温层和城市盆地周围山坡的夜间冷泄流。     

云贵高原洱海湖泊效应的数值模拟

采用耦合湖泊模型的WRF_CLM模式模拟山谷盆地中洱海的湖泊效应,并利用陆面(农田)和湖面的站点观测资料对模式进行了验证和校验。基于数值模式的模拟结果,分析了季风和非季风期间,洱海存在与否对山谷盆地局地环流及大气边界层结构的影响。发现非季风期湖泊对局地环流及大气边界层影响显著。相对于陆地,湖泊白天湍流通量输送少,湍流发展弱,大气边界层高度低。如果湖泊不存在,白天苍山山谷风只能上升至约200 m的高度,没有明显的山谷风环流形成;夜间则山风较强,两侧山风共同作用在山谷,环流高度约600 m。季风期,受降水天气影响,局地环流发展不充分。白天湖面辐散以及夜间湖泊南部的气旋式环流弱,湖泊作用没有非季风期明显。云的形成导致边界层高度较低。夜间,湖泊增强释放潜热、感热作用明显;此时湍流发展,夜间边界层反而比白天高。     

污染天气下成都东部山地—平原风环流结构的数值模拟

本文利用中尺度模式WRF（V3.9）对2016年12月7日成都东部（龙泉山）一次污染过程下的山地—平原风环流进行了模拟，旨在探讨冬季污染天气下山地—平原风环流的结构和演变特征。此外，通过减少气溶胶光学厚度（AOD，Aerosol Optical Depth）的敏感性试验探究气溶胶污染对山地—平原风环流的影响。结果表明:冬季污染大气条件下成都平原地区存在显著逆温。龙泉山南北长、东西窄且高度较低，由于东、西坡辐射能量的不均匀分布和背景风的强迫，上午、凌晨和夜间均出现越山下坡风环流，上午强度较强，凌晨和夜间强度较弱。午后开始出现平原风环流，最大影响范围为山体宽度的3～4倍，17:00（当地标准时，下同）左右结束。各阶段环流在南北方向上差异较大，越山下坡风环流在南段最强，中段最弱；中、南段山体较低窄，平原风环流易被湍流掩盖，北段平原风环流最为明显。AOD减小后辐射及地表热通量均有所增加，中、南段湍流更加旺盛，边界层显著抬升且降低时间滞后，山体与平原间感热通量差异增加，北段平原风环流增强、持续时间增长。     

乌鲁木齐降雪与非降雪天气边界层结构变化特征

利用Vaisala系留探空仪系统在2008年1月乌鲁木齐探测所得资料,分析了降雪和非降雪过程中温度、湿度和风的垂直结构及其变化特征。结果表明:降雪和非降雪天,白天对流边界层特征均较明显,但在暖气团影响下,对流边界层特征消失,出现深厚平流逆温,夜间多出现贴地逆温。白天平流逆温强度较夜间逆温更强,白天逆温层出现湿中心,上部出现干中心。降雪天湿中心高度低于非降雪天。夜间近地层出现微弱的逆湿现象,上部出现干中心,降雪天近地层逆湿现象比非降雪天弱;降雪天和非降雪天近地层风向分布均较散乱,主导风向为偏北风,高空主导风向为东南风。风速多因风向改变而出现极大值或极小值,其值常以“高-低-高-低”形式出现于特定高度,风速因风向变化呈波动状随高度递增。     

民勤干旱区冬季浓雾形成的边界层条件分析

利用民勤县气象站过程地面小时观测资料、逐日08时和20时每隔50 m探空资料和NECP再分析资料,对2015年11月9—13日出现在干旱区民勤县的一次罕见浓雾天气过程进行了研究分析。结果表明:前期降水后地面相对湿度增大,为大雾形成提供了必要的水汽条件,稳定的高低层环流配置提供了大雾形成的稳定层结和弱风条件。雾层的厚度和强度与近地面逆温层的强度和厚度、边界层高度、水汽垂直运动以及夜间地气温差绝对值密切相关,边界层高度越高,逆温层越厚,雾层越厚;逆温层越强,夜间地气温差绝对值越小,雾层越强。高空环流形势稳定少动,近地层强逆温层、稳定等温层以及饱和湿层长时间维持,导致此次大雾强度和持续时间异常罕见。     

逆温覆盖下对流边界层中的平均水平风

我们研究了由一部三维的多普勒雷达得到的一组详细的平均水平风的廓线。在逆温覆盖对流边界层的条件下,给出了大气最下层几百米中平均水平风及风的切变的经验表达式。并用最低逆温高度 Zi,莫宁—奥布霍夫长度 L 及摩擦速度 U.对观测值参数化。由实验值和经验表达式推出了湍流热通量值。     

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。     

滇池区域性环流的数值模拟

为了开发云南省滇池地区的磷资源，对云南滇池湖畔的中尺度环流状况进行了三维数值模拟，模式比较详细地考虑了各种物理过程，模拟结果与实测资料较吻合；滇池区域湖南白天为冷中心，夜间为暖中心；白天的垂直环流比夜间大得多，湖风比陆风影响范围也大得多，系统风对湖风影响较大。     

台风菲特暴雨诊断分析

"菲特"台风暴雨具有阶段性特征,包括台风远距离降水、台风倒槽和内螺旋雨带降水、台风外部螺旋雨带降水、台风残留低压环流与冷空气相互作用降水4个阶段。利用地面观测、气象雷达观测、NCEP分析资料,对"菲特"台风暴雨环流形势进行了分析。引导台风东移的高压东西部具有不同热力属性,东部暖性深厚、西部冷性浅薄。浅薄冷高压阻挡登陆台风继续西移,延长台风倒槽和外围螺旋雨带的降水时间。"丹娜丝"台风的靠近,有利于东南风水汽输送的增强。副热带高压的增强,在黄海上空逼近东移高空槽形成稳定的高空急流。文章提出与传统垂直风切变大、高空急流强的冷空气阻挡型不同的侵入型冷空气和台风相互作用形势。侵入型冷空气从低层入侵,影响台风残留低压的外围环流。在低压外围环流的北部形成较强的东北风,并与海上的东风对峙辐合形成海岸锋。冷空气侵入型的空间不对称特征明显:对流有效位能东高西低,垂直风切变西北高东南低。残留低压的中层受冷空气影响较小,沿海地区的东南风持续的时间更长。中层高位涡区与地面海岸锋的互应,为变性的台风残留低压暴雨提供有利条件。     

2013年底浙西地区一次持续性灰霾天气过程分析

利用常规气象观测资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对2013年底浙西地区一次持续性灰霾天气过程进行了分析。结果表明,该过程期间存在比较稳定的高、低空和地面环流形势,中低层湿度条件较差;低层以弱辐散和弱垂直运动为主,并且1000 hPa高度层以下浅薄逆温层的持续存在均有利于灰霾天气的维持;干冷空气前锋和主体影响期间,冷平流强度加大且低层有辐合中心和垂直上升运动中心出现,扩散条件好转是灰霾程度减弱的主要原因之一;浙西地区为盆地地形,南北高、中间低的地势不利于污染物的扩散。     

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。     

2008年初南疆地区持续低温天气的成因分析

2008年初南疆地区遭遇了罕见的持续低温天气,致使南疆地区的林果业和畜牧业遭受了罕见的冻害。本文从天气学的角度出发,系统地分析了此次天气中持续低温的成因。分析得出,欧洲到贝加尔湖的阻塞高压建立与维持,引导北方冷空气不断南下进入南疆;地面冷空气通过4种路径自北冰洋南海岸和欧洲沿岸到达南疆地区,同时在对流层的中层,偏北、偏西和偏东地区均有不同程度的冷平流随高空风带向偏南地区输送,共同作用造成了南疆盆地的降温和持续低温、     

冬奥崇礼赛区一次冷湖过程形成及消散的数值模拟研究

本文利用中尺度数值预报模式（WRF）并采用谱逼近方法,对2021年冬奥测试赛期间的一次冷湖过程进行模拟研究,探究了冷湖发展前后风温场的垂直变化规律,揭示了冷湖形成及消亡的具体原因。研究结果表明,静稳的天气形势是冷湖过程维持及发展的大背景条件。冷湖发展期间,逆温层由上至下迅速建立,谷底出现偏东—东南向的冷径流。受重力下坡风的影响,冷空气不断向谷底堆积,冷湖深度增加。日出后,越山的系统风重新建立,逆温层从底部消蚀,冷湖结构破坏。夜间的强辐射冷却作用是冷湖形成的主要原因之一。辐射冷却强度的差异会引起冷湖降温幅度的差异,后半夜辐射冷却作用的突然加强为冷湖中后期的维持及发展创造有利条件。通过分析冷湖发生前后位温廓线、摩擦速度及边界层高度随时间的演变,均可印证湍流活动的发展是逆温消散、冷湖结构破坏的重要影响因素。     

The Atmospheric Boundary Layer In An Arctic Wintertime On-Ice Air Flow

A warm on-ice air flow from the open water over the Arctic sea ice in the Fram Straitwas, for the first time, systematically measured on 12 March 1998 by aircraft in thelowest 3 km over a 300-km long distance. The air mass modification and the processesinvolved are discussed.Over the water, air temperature was lower than water temperature so that a convectiveboundary layer (CBL) was present as initial condition. As soon as the CBL passed theice edge, a shallow stable internal boundary layer (IBL) was formed. In the residual CBL, turbulence and pre-existing convective clouds dissolved within about 20 km. Within about the same distance, due to the transition from unstable to stable stratification, the influence of surface friction increased in the IBL and decreased above the IBL with consequent generation of a low-level jet at IBL top. The IBL was strongly stratified with respect to both temperature and wind. The wind shear was around 0.1 s^-1 so that the Richardson number in the IBL was subcritical and turbulence was generated. The IBL top grew to about 145 m over 230 km distance. The growth of the IBL was not monotonic and was influenced by (a) inhomogeneous ice surface temperatures causedby both different ice thickness and changes in the cloud conditions, and (b) leads in theice deck. At the front side of the on-ice flow, the air mass boundary between the warmair and the cold Arctic air was sharp (12 K over 10 km) at low levels and tilted withheight. Observations suggest that the stratified IBL was lifted as a slab on top of thecold air.     

1617号鲇鱼台风登陆后引发不同性质暴雨的成因对比分析

2016年9月28日1617号台风"鲇鱼"登陆后由台风本体环流和外围环流引发了不同性质的暴雨,这是本次秋季登陆台风暴雨预报的难点。利用常规气象观测资料以及NCEP的1°×1°再分析资料等,对不同性质暴雨的成因进行了诊断对比分析。结果表明:浙江东南部对流性降水和江西南部稳定性降水的大气层结结构具有明显的差异。中高纬度低槽距离台风较远,冷空气主要从低层入侵台风西北侧,破坏台风低层的暖心结构。台风外围中层干冷空气随东南风向浙江东南部输送,并叠加在低层暖湿气流之上,形成上冷下暖的不稳定层结,同时在对流层上层有干冷空气下沉至台风环流中下层(干侵入),导致浙江文成附近出现了局地特大暴雨。江西南部由于低层被湿冷空气占据,层结较为稳定,降水发展平缓。低空东南急流为台风外围环流暴雨提供了充足的水汽,浙江东南部地形对降水起到了增幅作用。不稳定层结及中层冷空气的输送对对流性暴雨的激发作用可以为登陆台风降水性质和强度预报提供参考依据。     

两次台风暴雨冷空气影响对比分析

利用常规观测、气象卫星资料及NCEP分析数据等,对台风"麦德姆"(1410)和"苏迪罗"(1513)的冷空气作用形式及对台风暴雨的影响进行对比分析。两个台风在冷空气影响下的强降水分布差异显著:"麦德姆"强降水经向特征明显;"苏迪罗"强降水纬向性较强。冷空气质点运动轨迹显示,"麦德姆"的冷空气沿西北路径入侵,包含西北冷槽和东北冷槽的共同影响;"苏迪罗"冷空气沿偏东路径入侵,冷空气源为单一的东北地区冷槽系统,强度较弱。在垂直方向上,"麦德姆"低层冷空气入侵早于高层,"苏迪罗"则相反。受冷空气不同作用方式影响,"麦德姆"台风倒槽明显,对流层低层冷暖平流较强,锋生显著,正涡度和上升运动沿台风倒槽呈东北—西南向分布;"苏迪罗"对流层低层冷平流及地面锋生均较弱,在台风北侧,低层偏东风急流引起较强的正涡度和上升运动,同时中层冷空气入侵有利于位势不稳定的增强,导致强降水沿台风北侧的偏东风急流呈东西向分布。     

The different influence of the residual layer on the development of the summer convective boundary layer in two deserts in northwest China

The development of the atmospheric boundary layer is closely connected with the exchange of momentum, heat, and mass near the Earth’s surface, especially for a convective boundary layer (CBL). Besides being modulated by the buoyancy flux near the Earth’s surface, some studies point out that a neutrally stratified residual layer is also crucial for the appearance of a deep CBL. To verify the importance of the residual layer, the CBLs over two deserts in northwest China (Badan Jaran and Taklimakan) were investigated. The summer CBL mean depth over the Taklimakan Desert is shallower than that over the Badan Jaran Desert, even when the sensible heat flux of the former is stronger. Meanwhile, the climatological mean residual layer in the Badan Jaran Desert is much deeper and neutrally stratified in summer. Moreover, we found a significant and negative correlation between the lapse rate of the residual layer and the CBL depth over the Badan Jaran Desert. The different lapse rates of the residual layer in the two regions are partly connected with the advection heating from large-scale atmospheric circulation. The advection heating tends to reduce the temperature difference in the 700 to 500-hPa layer over the Badan Jaran Desert, and it increases the stability in the same atmospheric layer over the Taklimakan Desert. The advection due to climatological mean atmospheric circulation is more effective at modulating the lapse rate of the residual layer than from varied circulation. Also, the interannual variation of planetary boundary layer (PBL) height over two deserts was found to covary with the wave train.     

东北地区冬季气温与北极涛动年代际关系研究

利用中国160站气温资料、北极涛动指数资料及关国NCEP／NCAR再分析资料中月平均海平面气压场、高度场、风场资料，分析了东北地区冬季气温、冬季北极涛动的年代际特征及其关系。结果表明：在年代际时间尺度上，两者之间存在显著正相关。冬季北极涛动处于低（高）指数期，东北冬季气温为持续冷冬（暖冬）期。可能影响机制是：在地面，冬季北极涛动处于低（高）指数期时，西伯利亚高压增强（减弱），亚洲大陆偏北冬季风增强（减弱），东北为持续冷冬（暖冬）期；在对流层中层，冬季北极涛动处于低（高）指数期时，东亚大槽加深（减弱），贝加尔湖以西以北脊增强（减弱），环流呈经向（纬向）型发展，东北对流层中层偏北风增强（减弱），东北为持续冷冬（暖冬）期。