长白山哈尔巴岭气象塔湍流局地相似性研究

利用长白山脉哈尔巴岭气象塔高频率湍流梯度观测数据,分析了2007—2009年间2月和7月2 m、30 m和100 m 3个观测高度湍流统计特征,对复杂下垫面局地相似理论适用性进行了检验,求出了无量纲风速标准差、无量纲温度和湿度标准差与稳定度关系的经验公式,发现了该地域湍流统计特征的新现象。结果表明:(1)冬季和夏季对流条件下2 m、30 m和100 m高度上无量纲风速标准差与稳定度Z/L之间能较好的满足1/3幂律,但夏季能更好地满足1/3幂律,且变化趋势明显,而冬季变化趋势平缓,接近直线。通过和其他学者的研究结果进行比较,发现了一些差异。(2)冬季无量纲温度、湿度标准差观测值随稳定度分布十分离散,但总体变化趋势基本满足-1/3幂律,而夏季观测值分布集中,变化趋势较好地满足-1/3幂律,反映出该地域无量纲温度、湿度标准差与稳定度关系随季节变化十分明显,且夏季对流强于冬季。(3)在30 m和100 m高度上,摩擦速度具有明显的日变化,但2 m高度上摩擦速度的变化比较特异,出现了夜间高于日间的情况,通过研究三维风速的脉动资料,发现夜间的风速脉动资料明显偏大,是导致夜间摩擦速度u*取值较大的直接原因,这种现象的发生可能是由该地域地形效应和下垫面特征引起的。     

不同强风天气系统风特性的个例分析

利用广东省东莞市的80 m气象塔在台风莫拉菲、强对流和强冷空气期间的观测数据,分析不同强风天气系统近地面边界层的平均风和脉动风特性参数。研究发现:(1)1号强对流的风速变化最为剧烈,风速的10 min升幅可分别达台风和强冷空气大风的1.8和3. 7倍。强对流的10 min平均风向变幅也最剧烈,可达到120°·(10 min)~(-1)。(2)台风强风廓线的幂指数值为0. 177,要大于建筑结构荷载规范(GB 5009—2012)给出的B类下垫面0.15的参考值,而强对流的幂指数值接近规范给出的A类下垫面的参考值0. 12,强冷空气的幂指数值则仅为0. 10。(3)1号强对流强风平均湍流强度分别是台风和强冷空气大风平均湍流强度的1.4～2.1和1.7～2.0倍。(4)台风和强对流的风攻角在-3°～3°范围内,强冷空气大风的风攻角在0°附近变动。(5)强风影响期间湍流空间积分尺度均有增大的现象,台风强风经过时,水平(纵向和横向)湍流空间积分尺度明显增大了一个量级。(6)台风强风的湍流功率谱不满足在惯性子区湍流能谱密度的-5/3次方与频率成正比的规律和各向同性假设。台风强风的湍流能谱值要显著高于强对流和强冷空气,其中,在桥梁敏感频域台风的平均湍流能谱值约为强对流和强冷空气的3倍。     

北京地区一次强沙尘天气过程的中尺度通量特征

应用大气所325 m铁塔的湍流资料和梯度资料,对2003年3月20～23日影响北京的一次强沙尘天气过程的中尺度通量和湍流通量进行了分析,结果表明:冷空气的影响是从上层开始的.沙尘爆发前,边界层有强逆温存在,动量以中尺度输送为主,湍流很弱.沙尘爆发时,向下的湍流动量通量明显加大.湍流动量通量是沙尘沉降的主要原因,但沙尘爆发前的中尺度过程不能忽略.沙尘爆发前后,感热通量均以小尺度的湍流输送为主,中尺度输送不明显.