中国及邻近地区污染排放对对流层臭氧变化与辐射影响的研究

利用双向耦合的区域气候模式和大气化学模式系统, 研究了中国与邻近地区人为污染排放引起对流层臭氧变化和产生的辐射强迫.结果表明, 污染排放对对流层臭氧含量的影响有明显的季节变化, 对北方的影响不如南方显著, 西部的季节变化稳定且小于东部, 内陆污染地区各季节臭氧柱含量的变化量均较高.对整个模拟区域而言, 臭氧变化量的年平均值为30.928 DU, 春季最大为32.168 DU, 而空间分布变化在12～38 DU之间.臭氧变化量对北方地区辐射的影响较小, 而对低纬和华东地区影响较大, 臭氧变化量引起的晴空地气系统短波辐射强迫、长波辐射强迫的平均值分别是0.185 W·m-2和0.464 W·m-2, 标准化短波辐射强迫与净辐射强迫值为0.006 W·m-2·DU-1和0.021 W·m-2·DU-1.气候反馈过程对对流层臭氧含量的影响范围在-0.470～0.752 DU之间, 包含气候反馈过程的区域年平均臭氧变化量是30.942 DU.在气候反馈条件下, 臭氧变化量的短波和长波辐射强迫分别是0.249 W·m-2及 0.482 W·m-2, 标准化的短波与净辐射强迫值为0.008 W·m-2·DU-1和0.024 W·m-2·DU-1.臭氧变化量导致地表温度的变化范围在±0.80 K之间.     

对流边界层的大涡模拟研究

本文建立了一个均匀平坦地面上对流边界层的大涡模式,模式考虑了水汽,采用了考虑浮力和固壁影响订正的一阶闭合。并用所建模式进行了由热扰动发展的对流边界层的模拟及其对地表热状况变化响应的初步探讨性模拟工作。通过模拟认为,模式较好地反映了对流边界层的主要结构。     

三维非静力E—ε闭合模式对山体流场及浓度分布的模拟

本文采用三维非静力E-ε闭合模式,在对流层边界层方程组中,加入湍能和耗散率方程描述边界层中的湍流运动。求解孤立三维山地地形上的流场、湍流场和浓度场,并分析地形对气流的影响及对污染物浓度分布的影响。同时做了不同坡度和不同风速下的孤立三维山体的流场、湍流场和浓度场比较。数值计算结果表明,地形能改变气流运动,气流过山时将出现分支现象,山后背坡有反向回流出现,并且回流区大小随着山体坡度的增大而增大。山体对气流的阻挡作用随山体高度的增加而更明显,随风速的增加而减弱。湍能及耗散率随高度衰减较快。随着山体坡度增加,山前气流的垂直速度也增加,湍流运动更强。风速大时湍流运动越显著。污染物在山前出现辐散,迎风坡是浓度高值区,山后背风坡也是相对高值区。山坡度越大,山前迎风坡污物浓度越高。     

水雾输送扩散的数值研究

本文利用边界层能量闭合模式,对金沙江上某地水电站泄洪产生的水雾的输送和扩散过程进行了模拟,分析了对下风方向湿度场的影响和水雾存在范围与主要气象条件的关系。模拟表明：水雾分布范围随水雾源强的增大而增大,并且随风速增加而增加,与背景相对湿度关系不大;相对湿度受影响的范围与背景相对湿度几乎无关,但与水雾的源强,风速有关;在较高背景相对湿度的河谷地带,影响水雾分布范围的最主要因素是水雾源强和风速。     

青藏高原热力异常对四川省及周边区域气象要素影响分析

利用方差统计方法分析了前期高原大气热源异常时四川及其周边区域的主汛期的位势场、相对湿度场、垂直速度场以及风场的变化。结果表明,当前期高原大气热源异常时,次年汛期四川及其周边区域的各要素场会出现显著变化。当前期高原加热场异常偏强,在次年的5-6月东北冷涡异常偏强、7-9月青藏高压显著偏强,而副热带高压的位置明显偏东;当前期高原加热场异常偏弱时,次年河套西风槽则异常偏强,青藏高压明显偏弱。其次当前期高原加热场异常时在次年汛期比湿场、垂直速度以及风场变率上都有异常。分析结果对于进一步理解青藏高原对四川及周边地区的天气及气候变化具有一定的意义。     

山谷地形流场和扩散的数值研究

运用三维非表力E－ε闭合模式，模拟了山体和山谷地形下的流场、湍流场和不同位置低矮点源扩散的污染物浓度分布。发现在不稳定时湍能的热力产生率并非在任何位置都是主要的。当风速较大时，在山谷底部机械产生率也可能超过热力产生率。对污染扩散的分析表明：在近地面源条件下，稳定层结时如果出现小风，无论源在何处，都人造成一定范围内的严重污染，当污染源位于山前或山顶时，谷底的污染不剧烈。当污染源位于谷底时，无论何种层结、何种来流风速，都会造成山谷地区的严重污染。污染源位于山体沿来流方向的中心线上的谷底时，如果风速大，污染物沿回流输送；如果风速小，则沿来流方向输送。     

热带纬向平均臭氧层动力学系统的重建

将ＴＯＭＳ测量的５°Ｎ纬向平均Ｏ３总量逐日序列作相空间拓展,使Ｏ３层的行为特征可用相轨迹刻划。首先计算Ｏ３层系统吸引子的分数维,而后把相点作为动力学系统的离散特解集合,反演出描述系统状态随时间演化的数学模型中的客观控制参数值,建立起反映热带Ｏ３层短期演化特征的非线性动力学系统。     

我国对流层臭氧增加对气温的影响

利用耦台的区域气候模式和大气化学模式模拟对流层臭氧的产生、分布和对辐射传输、地表温度、气温等的影响。通过对比模拟发现：对流层中臭氧的增加基本使大气顶晴空辐射强迫为正；对流层中的臭氧含量变化能影响云量且进一步影响温度。由于对流层臭氧增加导致的晴空辐射强迫在4月份最大、1月份最小。     

青藏高原及东亚邻近区域对流层顶气压场的时空演变结构分析

利用经验正交函数分解(EOF)方法,对1948～2004年青藏高原及东亚邻近区域对流层顶气压场的时空演变结构进行了分析.由EOF分解得到的第1模态所占的方差贡献率较大,对应的空间分布场及其时间系数变化均能有效地反映气压场的主要演变特征.各季节不同模态呈现的高纬度、副热带和热带地区的空间场结构形态具有共性与季节性特征,且对流层顶断裂带位置变化也较为清晰.零等值线的季节性摆动,在冬季处于最北端.热带气压场随时间的变化与时间系数的变化相似性最大,不同模态的时间系数变化具有明显周期振荡现象.同时,对各季节第1模态的时间系数变化进行Morlet小波分析,进一步得到了不同季节气压场年际和年代际变化的结构特征.对流层顶冬半年的时域演变尺度大于夏半年,并具有复杂的多时间尺度结构.     

全球对流层顶气压场的季节变化特征分析

利用经验正交函数分解(EOF)方法对1948-2004年全球对流层顶月平均气压场进行分析,讨论57 a来气压场的空间载荷向量场及其对应的标准化时间系数的演变,并且利用小波分析方法分析各个季节对流层顶气压周期变化特征.结果表明:春季和夏季整个时段内全球大部分地区对流层顶气压降低趋势比秋冬季明显,对应对流层顶高度有升高趋势,特别是东亚及北美等地在春季具有对流层顶气压升高的显著趋势,对应对流层顶高度可能降低;对流层顶气压场各个季节的标准化时间系数变化具有多时间尺度特征,在各个季节都有明显的3～5 a的周期振荡,春季还具有明显的准2 a周期特征.