黄土高原半干旱区非均一下垫面粗糙度分析

利用2007年4月17日-2008年4月16日兰州大学半干旱气候与环境观测站边界层气象塔的风速、 风向、 温度、 气压、 湿度等观测资料, 采用经典的廓线法和风速、 风向标准差法, 分别计算了中性大气层结下观测站下垫面粗糙度长度, 并得到了具有黄土高原地理特征的地表粗糙度及其时空变化特征。计算结果表明, 季节变化对粗糙度的影响幅度可达0.159 m, 空间非均一性对粗糙度的影响幅度可达0.155 m。测站附近粗糙度春季为0.017 m, 夏季为0.062 m, 秋季为0.065 m, 冬季为0.018 m。测站西北方向上游粗糙度春季为0.17 m, 夏季为0.22 m, 秋季为0.34 m, 冬季为0.05 m。测站东南方向上游粗糙度春季为0.11 m, 夏季为0.17 m, 秋季为0.19 m, 冬季为0.05 m。该站下垫面粗糙度计算宜选用风速为6±1.5 m·s-1, 风向变化30°范围内的数据。     

龙海风压时空分布特征

利用龙海1959~2005年地面10 m in平均年最大风速资料,计算分析了历年地面最大风压的年际分布及同期内的极大风压的垂直分布,结果表明:离地面10 m高处的极大风压为49.0 kg/m2;50 m高处风压可增大到93.3 kg/m2;100 m高处风压可达到123.2 kg/m2,相当于44 m/s强风暴的破坏力。     

依兰县夏季温、湿场及人体舒适度垂直分布研究

使用位于黑龙江省依兰县测风塔2010年6月1日-8月31日的10 m、70 m温度、湿度、风速资料,分析依兰县夏季温湿场特征及人体舒适度指数变化规律,得到以下结论:10 m与70 m高度温度的日变化规律一致,均是日出前4时温度最低,14时温度最高,但70 m高度温度日较差较10 m小1℃,夜间,逆温现象明显;风速的日变化规律基本一致,白天风速较大,夜间风速较小;湿度日变化规律与温度日变化规律相反,70 m高度极值出现时间均延迟1 h。垂直高度上,白天10 m湿度大于70 m,夜间10 m湿度小于70 m;10 m、70 m舒适度为0级出现的频率均在60%以上,舒适等级3级及以上出现的频率非常小。在垂直空间上,夜间人体舒适感觉相差不大,但白天,随高度升高,人体舒适度指数明显降低,人体感觉明显较高处舒适。     

ERA5再分析资料对中国大陆区域近地层风速气候特征及变化趋势再现能力的评估

基于台站观测资料,评估了欧洲中期天气预报中心（ECMWF）最高时空分辨率的第五代大气再分析资料（ERA5）对1979～2018年间中国大陆区域10 m高度风速的气候特征及其变化趋势的再现能力,并同步对比分析了ERA5资料100 m高度风速的特征和长期趋势。结果表明,ERA5资料10 m和100 m风速在空间分布、年—季节—月尺度演变的气候特征方面与台站观测非常一致,10 m风速气候态空间相关系数达到0.66。观测和再分析资料均显示,中国近地层风速呈现出显著的区域性特征,风速大值区主要分布在内蒙古、东北地区西部、新疆北部以及青藏高原西部地区,上述区域的风速季节差异也相对明显,春季风速最大。台站观测、ERA5资料10 m和100 m全国平均风速在4月达到最大值,分别为2.6、3.0、4.5 m s–1,8月为最小值,分别为2.0、2.4、3.5 m s–1。从月平均序列来看,ERA5资料的10 m风速较台站观测偏高0.3～0.5 m s–1,而100 m的风速较10 m风速整体偏高1.2～1.4 m s–1。在风速变化方面,台站观测风速在中国陆地区域整体呈下降趋势–0.4 m s–1（39 a）–1,春季下降趋势最显著[–0.5 m s–1（39 a）–1],且1979～1992年冬季风速降幅最大[–0.7 m s–1（14 a）–1],2013年以后风速逐渐增强。ERA5资料两个高度层的风速在整个中国区域均没有明显的长期变化趋势,4个季节风速变化趋势的空间分布与观测也存在差异,100m风速的长期变化趋势与10 m一致但变化幅度大于10 m风速。总之,ERA5资料对中国大陆区域气候平均风速具有较好的再现能力,但无法呈现台站观测风速的长期变化趋势。     

基于系留探空试验的古尔班通古特沙漠低空气象廓线解析?

利用2011年10月15—24日在古尔班通古特沙漠腹地系留气艇边界层试验的探测资料,分析了沙漠腹地近地层风、温、湿等气象要素廓线垂直分布特征及其变化情况,结论如下:(1)20时—08时存在逆温,08时逆温最强,逆温强度为2.85℃/100 m,逆温层高度为700 m,之后逆温逐渐消失;夜晚近地层湿度明显大于上层大气,在100 m高度差内,湿度先快速减小再缓慢增大,与白天相反,20时近地面出现逆湿,1 100 m高度湿度发生明显切变;逆温层以上风速随高度变化呈多峰态,逆温层范围内风速增大趋势明显,900~1 100 m之间存在200 m厚的恒风区,1 100 m以上风速再次增大,白天的风速小于夜间。(2)风速波动范围大约为2~8 m/s,近地面100 m范围内风速随高度快速增大,风向由东南风向南风转变,600~900 m之间风速变化减缓,风向由从南风逐渐向东风转变,以东南风为主,风速与风向同步改变。(3)600 m以下随温度升高湿度快速减小,600~1 100 m之间又持续增大,1 100~1 500 m之间呈波动变化的趋势,1500 m增大明显。(4)风切变指数夜晚大于白天,最大值在23时(20.88),最小值在中午14时(0.97),平均风切变指数为9.61。混合层厚度平均为125.88 m。     

近45年拉萨深层地温变化趋势分析

利用1961—2005年拉萨0.8 m, 1.6 m和3.2 m逐月平均地温, 采用气候倾向率、累积距平、信噪比等气候诊断方法, 分析了近45年拉萨深层平均地温的变化趋势, 以及异常、突变等气候特征。结果表明:近45年拉萨0.8 m和1.6 m年平均地温呈极显著的增温趋势, 倾向率为 (0.58~0.69 ℃)/10a;0.8 m和1.6 m平均地温倾向率春季最大, 秋季最小; 3.2 m平均地温却以夏季升幅最大, 冬季最小; 与同时期平均气温的增温幅度比较, 地温增幅更大; 20世纪60—90年代0.8 m和1.6 m年平均地温呈明显的逐年代升高趋势; 季平均地温20世纪60—70年代均偏低, 80年代大部分季节仍略偏低, 90年代都表现为正距平; 0.8 m, 1.6 m和3.2 m年平均地温均在1999年出现了异常偏暖, 异常偏冷现象仅发生在1.6 m土层上, 时间为1963年; 夏季深层平均地温异常偏暖均发生在1999年; 冬季0.8 m和1.6 m平均地温多异常偏冷年份, 主要发生在20世纪60年代; 1999, 2002—2005年冬季3.2 m平均地温异常偏暖; 夏、秋季和年平均地温的气候突变都出现在1986年, 冬、春季发生在1983年。     

塔克拉玛干沙漠不同区域土壤热通量变化比较

选取塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区和北缘过渡带肖塘地区2013年土壤热通量观测资料,初步比较分析了塔克拉玛干沙漠两种下垫面的土壤热通量变化特征。结果表明：(1)在日变化尺度上,两个站点都有明显的日变化特征,1月份塔中站土壤热通量日平均变化幅度小于肖塘站,日较差分别为58.9 W.m2和72.4 W.m2,4月份两站土壤热通量变化幅度较为接近,日较差分别为88.1W.m2、100.1 W.m2。7、10月份塔中站土壤热通量变化幅度明显高于肖塘站,日较差分别为99.0 W.m2、53.7W.m2,100.3 W.m2、73.3W.m2。(2)不同天气条件下两个站点土壤热通量变化都有很大差异。晴天,塔中站和肖塘站土壤热通量变化都呈现出单峰型,变化幅度较一致,日较差分别为119.7 W.m2、119.1 W.m2。沙尘天和雨天受云层或降水的影响土壤热通量变化波动较大,沙尘天塔中站变化幅度小于肖塘站,日较差分别为83.6 W.m2、133.1 W.m2;雨天塔中站和肖塘站变化幅度都很剧烈,日较差分别为70.6 W.m2、66.6 W.m2。(3)年变化尺度上,塔中站土壤热通量在7月份达到最大值(7.7 W.m2),在11月出现最小值(-5.3 W.m2),肖塘站7月份出现最大值(4.2 W.m2),11月份出现最小值(-10.2 W.m2)。塔中站和肖塘站土壤热通量年总量差异很大,塔中站为16.8 W.m2,能量由大气向土壤传递,土壤为热汇,而肖塘站则为-34.9 W.m2,能量由土壤向大气传播,土壤表现为热源。     

西南地区东部大官山山地降水梯度变化特征分析

基于2019年1月~2020年12月西南地区东部大官山降水观测数据,分析了降水随海拔高度的变化特征。结果表明:2019~2020年,大官山降水量总体随海拔升高而增大,多年平均梯度变化率为1.32%/100 m,最大降水高度在海拔1900 m左右。各季降水梯度变化率中,夏、秋季高,冬、春季低,夏季为3.31 mm/100 m,秋季为1.39 mm/100 m,冬季为0.50 mm/100 m,春季为0.67 mm/100 m。各月降水梯度变化率中,7月最高,达5.06 mm/100 m,1月和11月最低,分别为0.23 mm/100 m和0.29 mm/100 m。降水日数和小雨日数随高度的线性变化趋势较明显,平均上升率分别为2.86 d/100 m和2.56 d/100 m。大雨日数在海拔1900 m左右最大,暴雨日数在海拔2500 m左右最大。降水日变化表现出多峰值特征,降水量和降水强度均在06~09时达到最大,降水频率也随海拔高度升高而增大,其中,高海拔降水频率在15时左右达到最大。降水随海拔高度的变化与天气过程密切相关,持续阴雨天气过程降水量的梯度变化较为平缓,暴雨天气过程降水量随海拔的升高而升高,局地阵雨中单次过程降水量与海拔高度相关性不明显。      

环北京地区积层混合云微物理结构飞机联合探测研究

利用北京、山西和河北三省市飞机在环北京地区探测的积层混合云微物理结构特征资料,结合卫星等宏观观测资料,分析了环北京地区积层混合云系空间云微物理结构特征。结果显示,冷锋云系前部,云内部微物理参数空间分布不均匀,2700m以上较大,垂直方向云粒子浓度和直径呈正相关关系,浓度极值间差7个量级,大滴粒子浓度差7个量级,降水粒子浓度差6个量级,水平方向云粒子浓度和直径分布不均匀,呈反相关关系。冷锋云系中部,云微物理参数垂直分布不均匀,在2500～3600m和4000m以上高度层出现云粒子峰值,且云粒子浓度和直径呈反相关关系,云滴粒子浓度极值间差6个量级,大滴粒子浓度差7个量级,降水粒子浓度差5个量级,水平方向云粒子分布不均匀,云粒子浓度和直径呈反相关关系。冷锋云系前部,云粒子谱在4800m高度谱型为单峰谱,4200m高度谱型多峰分布,3600m高度谱型为双峰谱。云降水粒子谱三高度层谱型差异不大,4800m高度谱型为单调递减谱,峰值在小粒子端（≤100μm）,4200m和3600m高度谱型相似,为双峰谱,峰值分别在≤小于100μm和230μm处。降水粒子谱三高度层谱型相似,都为单峰谱,峰值相差不大。冷锋云系中部,云粒子谱在三高度层谱型差异较大,4800m高度谱型为单峰谱,峰值在小滴端,4200m高度谱型为单峰谱,峰值在15μm处,3600m高度谱型为双峰谱,峰值分别在7μm和30μm处。云降水粒子谱三高度层谱型差异不大,4800m高度谱型为单调递减谱,峰值在小粒子端（≤100μm）,4200m和3600m高度谱型相似,为双峰谱,峰值分别在≤100μm和200μm处。降水粒子谱三高度层谱型相似,都为单峰谱,峰值相差不大。     

复杂地形条件下零平面位移和空气动力学粗糙度的计算——以珠海南亚热带常绿阔叶林地区为例

空气动力学粗糙度和零平面位移是影响陆面过程的重要参数。以往对空气动力学粗糙度和零平面位移的计算往往针对均一程度较高的下垫面。以珠海南亚热带常绿阔叶林地区为例,探索了复杂地形下垫面空气动力学粗糙度和零平面位移的计算。用拟合法和粗糙元法计算了该地区下垫面的空气动力学粗糙度和零平面位移,并分析了两种方法的误差来源。计算结果表明,拟合法在这种复杂地形下的计算准确度并不理想,由于这种方法的代表范围较小,易受到周边地形影响而使测量结果不符合对数廓线的形式,从而得不到准确的结果。与拟合法相比,粗糙元法可以给出所计算下垫面的具体范围。粗糙元法计算结果的代表范围比拟合法大得多,因此,粗糙元法比拟合法更加能够反映的是该区域下垫面空气动力学粗糙度和零平面位移的总体情况。另外,粗糙元法可以计算那些因为风速资料不足无法用风速廓线直接加以计算的区域的空气动力学粗糙度和零平面位移。根据拟合法的计算结果,冬季315~45°范围内,z_0=2.96 m,d=22.48 m;45~135°范围内,z_0=1.26 m,d=8.81 m。春夏季315~45°范围内,z_0=3.90 m,d=27.00 m;45~135°范围内,z_0=1.51 m,d=14.83 m。根据粗糙元法的计算结果,东南西北四个方向1 km×1 km范围内z_0分别为0.94 m、1.28 m、1.30 m、2.08 m;d分别为13.87 m、18.79 m、19.12 m、30.61 m。     

湛江东海岛二月海陆风环流特征研究

利用2011年2月湛江东海岛风廓线雷达资料,系统分析了湛江东海岛2月平均风场特征及海陆风特征,结果表明:2月湛江东海岛150 m高度处以东偏北出现频率最大,在E、ENE和NE三个方位的风向出现频率之和为66.6%,偏西七个方位的风向出现频率之和仅为1%。以SSW方位为界,偏东风与偏西风的出现频率差异明显。各整点的月平均风速1:00—15:00变化较小,均在1 m/s左右波动;15:00—20:00风速及风速波动都较大,最大值出现在16:00时,为2.1 m/s。2011年2月中只有2日与14日两日符合海陆风日条件,两日共同海风时段为13:00—20:00,持续7 h;陆风时段为2:00—7:00,持续5 h。海风平均风速为2.1 m/s,陆风平均风速为0.8 m/s,海风平均风速明显大于陆风风速。海风与陆风环流垂直高度相差甚小,约1.2 km,风速随高度变化趋势均为先增后减;海风最大风速出现在750 m高度处,陆风出现在500 m高度处,500～750 m高度区间海风环流强度明显强于陆风环流。2 km之上为均匀一致的系统性西风环流。     

科尔沁草原高空风场垂直特征及变化分析

利用2008-2014年CFL20G风廓线雷达数据对科尔沁草原高空风场垂直特征及变化进行研究。主要对高空三维风场季节变化的统计学特征、典型高度层上的变化规律及垂直高度上的日变化规律进行分析。分析发现：四季中高空20-40m/s风速出现的频率最大,3000米至18000米科尔沁草原高空以偏西风为主。垂直高度上水平风速呈一波一谷型变化,随着高度的增加,高层水平风速开始增大的时间有所推后。12600米及以下各层平均风速最小的季节为夏季,最大的季节为冬春两季；19000米平均风速最小的月份为12月份,风速最大月份为8月份。垂直速度在5500米以下有明显日变化,1500米和3000米有较为明显的年变化,最大值出现在春夏交接的4-6月份,最小值出现在12月份,5000米以上垂直速度没有明显的年变化。     

Applicability of Temperature Discrete Equation to NMRF Boundary Layer Scheme in GRAPES Model

By deriving the discrete equation of the parameterized equation for the New Medium-Range Forecast (NMRF) boundary layer scheme in the GRAPES model, the adjusted discrete equation for temperature is obviously different from the original equation under the background of hydrostatic equilibrium and adiabatic hypothesis. In the present research, three discrete equations for temperature in the NMRF boundary layer scheme are applied, namely the original (hereafter NMRF), the adjustment (hereafter NMRF-gocp), and the one in the YSU boundary-layer scheme (hereafter NMRF-TZ). The results show that the deviations of height, temperature, U and V wind in the boundary layer in the NMRF-gocp and NMRF-TZ experiments are smaller than those in the NMRF experiment and the deviations in the NMRF-gocp experiment are the smallest. The deviations of humidity are complex for the different forecasting lead time in the three experiments. Moreover, there are obvious diurnal variations of deviations from these variables, where the diurnal variations of deviations from height and temperature are similar and those from U and V wind are also similar. However, the diurnal variation of humidity is relatively complicated. The root means square errors of 2m temperature (T2m) and 10m speed (V10m) from the three experiments show that the error of NMRF-gocp is the smallest and that of NMRF is the biggest. There is also a diurnal variation of T2m and V10m, where T2m has double peaks and V10m has only one peak. Comparison of the discrete equations between NMRF and NMRF-gocp experiments shows that the deviation of temperature is likely to be caused by the calculation of vertical eddy diffusive coefficients of heating, which also leads to the deviations of other elements.     

中国黄海西岸海陆风循环结构研究

陆海风是由于海陆表面之间的比热容不同而导致的昼夜热量分布差异,从而在海岸附近引发的大气中尺度循环系统.本文利用多普勒风激光雷达Windcube100s首次对黄海西海岸的海陆风的循环结构进行了观测研究.在2018年8月31日至9月28日观测期间发现,海陆风发展高度一般在700 m至1300 m.海陆风转化持续的时间为6小时至8小时.在425m高度,海风水平风速出现最大值,平均为5.6 m s-1.陆风最大水平风速出现在370m,约为4.5 m s-1.最大风切变指数在1300m处,为2.84;在陆风向海风转换过程中,最大风切变指数在700m处,为1.28.在同一高度上,风切变指数在海风盛行和陆风盛行时的差值范围为0.2-3.6,风切变能反映出海陆风的发展高度.     

河西走廊风能变化及储量

利用河西走廊地区1970~2004年风速气候资料和2004年9月至2005年8月风塔精细资料,研究了河西走廊风能资源特征。结果表明:河西走廊地区环境风速比较稳定,在气候上没有明显的减小趋势;绿洲内风速下降明显。风能分布存在区域差别,存在2个风能大值区域。全区风能普遍较高,10 m层内风能密度都在100 W/m2以上,大部分地方在150 W/m2以上,大值地带在200 W/m2以上;在10~70 m高度层风能随高度按线性关系增长,平均每升高10 m风能增加28 W/m2;70 m层普遍在300 W/m2以上。河西走廊风能存在日和年变化,2~6月是风能密集阶段;距地面10 m高度处风能在07:00前后处于低值,从08:00以后不断增大,到18:00前后达到日最大,然后逐渐减小。河西走廊年有效风速时数普遍在6000 h以上,大值区接近7500 h。     

S/P模式计算的冷却塔烟气抬升高度敏感性试验

德国VDI3784的S/P模式为三维流体动力学积分模式,其方程主要描述了无穷小体积元素的质量、动量、静态污染物质量浓度及能量的守恒。利用德国模式进行了冷却塔烟气排放不同参数、不同大气条件下烟气抬升高度的敏感性试验。结果表明：在影响烟气抬升高度的3个气象要素（风速、气温和湿度）中,风速和气温的变化对结果影响较大,而湿度影响较小。在D类稳定度,当环境风速从0.1 m/s增加到15.0 m/s时,抬升高度从711.7 m变为38.5 m。随着环境温度的升高,抬升高度明显单调变小;当稳定度为A类,环境温度从10升到40时,烟气抬升最大高度从688.9 m降低到45.1 m,降低了14倍多。而环境湿度的变化,对抬升高度的影响不是很明显。对于E类稳定度和F类稳定度,当环境湿度从20%增加到70%,最大抬升高度分别从115.3 m和84.6 m降到112.9 m和81.7 m,分别降低了3.43%和2.08%。在影响烟气抬升高度的其他3个因素（凉水塔直径、烟气出口速度和混合气体温度）中,混合气体温度的变化对结果影响较大,而凉水塔直径和烟气出口速度的影响较小。在各类稳定度条件下,当出口温度从20变到90时,烟气抬升高度增加1.2—13.3倍;在各类稳定度条件下,当凉水塔直径从30 m变到90 m,烟气抬升高度仅增加0.63—1.40倍;在各类稳定度条件下,当出口速度从2.5 m/s变到8.0 m/s,烟气抬升高度增加了0.24—0.74倍。     

局地相似性关系在城市边界层中的适用性验证

利用中国科学院大气物理研究所325 m铁塔在2003年8月期间47和120 m高度上的湍流观测资料,对局地相似性关系在城市边界层的适用性进行了检验。结果表明：47 m高度仍属于城市冠层之上的近地面常通量层,莫宁－奥布霍夫相似性关系基本适用。但120 m高度则基本属于近地面层与自由对流层之间的过渡高度,在该处,相似性关系部分适用。同时,给出了不同的层结稳定度条件下47和120 m高度上的无量纲速度和温度标准差与稳定度之间的局地相关表达式。     

河南省近11年大气可降水量变化特征

利用2000-2010年1°×1°的NCEP FNL分析资料,分析了河南大气可降水量的时空分布特征及变化趋势。结果表明：河南省年大气可降水量为270.48 kg/m2,从西北向东南逐渐增加。可降水量季节变化显著,夏季最大,月平均为41.77 kg/m2;冬季最少,月平均为8.54 kg/m2。1月份大气可降水量最少,平均为8.04 kg/m2;7月最多,平均为47.19 kg/m2。11 a来,大气可降水量最多年份是最少年份的1.12倍,大气可降水量年际变化特征不明显,总体上有所减少。     

Processing of Aerosol Particles in Convective Cumulus Clouds: Cases Study in the Mexican East Pacific

In the Mexican Intertropical Convergence Zone, particle size distributions within 500 m of cloud boundaries at altitudes of 1000, 2500, and 4200 m, were compared against size distributions at the same levels but 1500 m away from the clouds. The differences in the distributions near and far from the cloud are related to processes that may change particle properties inside the cloud. Chemical changes in the aerosols are deduced from the particles’ refractive index, as derived from comparisons with the scatter...     

夏季金塔边界层风、温度和湿度结构特征的初步分析

利用2004年6～7月在河西走廊金塔陆-气相互作用试验的观测资料,分析了该地区夏季夜间和中午风、温、湿的垂直结构特征,结果表明：夏季夜间,当地面风较小时,金塔绿洲高空可能为偏西风气流,夜间稳定层高度大致在100～190m。夏季中午,当低空为偏东风时,风速随高度的变化比较复杂。总的来说,存在着东风急流,急流高度在1000-4000m之间,大气边界层顶盖（即逆温层底）约在3000-3600m高度,在500-800m高度以下存在绿洲内边界层;当低空为偏北风或西北风时,高空都为偏西风或西北风气流,低空风速随高度的变化比较平缓,风速有时存在极大值,大气边界层顶盖（即逆温层底）在3500m左右,在1200m以下可能存在绿洲内边界层,绿洲内边界层高度有时会很低。