ATMOSPHERIC TURBULENCE STRUCTURE AND SPECTRAL CHARACTERISTICS AT NEAR SURFACE LAYER ON TROPICAL COASTS

By use of an observational experiment at the village of Tianwei, Haikou, Hainan province in 1990,characteristic turbulence values such as velocity component spectra and turbulence intensity are studied.The data were mostly obtained in cloudy condition, so that the stability parameter (L) and thermal flux (wt) did not vary diurnally while the turbulent energy and mean-temperature did. The basic characteristics of turbulence spectra are similar to those with fine weather, hems close to local isotropy in the inertial subrange. The velocity spectra agree with the law of "-2/3 th power"in Kolmogrov's similarity theory. The relationship between turbulent intensity of components δ_i/U (i=u,v,w) and stability Z/L is studied follow ins the Monim-Obukhov(M-O) similarity theory. It is shown that the two observe the law of "1/3 th power", though the turbulent intensity and energy are generally larger than those on the flat underlying topography.     

一次山地浓雾的三维数值研究

利用非静力平衡中尺度数值模式MM5v3对发生在2001年3月7—8日的南岭山地浓雾进行数值研究，结合外场综合观测资料，分析浓雾的发生、发展和消散机制。结果表明，在大范围的主体层状云系到来之前，低层的偏南暖湿气流沿山坡爬升冷却凝结形成爬坡雾，提早了地面浓雾出现的时间；大范围层状云系在山头接地形成了地面的浓雾。随后锋面逆温促进了低云和浓雾的长期维持与发展。模拟雾的强度、出现时间、含水量和温度、湿度随时间的演变与实测基本吻合。表明了中尺度模式预报山地浓雾的潜在能力。     

COMPREHENSIVE ANALYSIS OF THE MACRO- AND MICRO-PHYSICAL CHARACTERISTICS OF DENSE FOG IN THE AREA SOUTH OF THE NANLING MOUNTAINS

Using the composite field observational data collected in the area south of the Nanling Mts. and numerical modeling, the seasonal features of dense fog and visibility, fog drop spectrum and physical concept of fog forming have been analyzed. The occurring frequency of low visibility（≤200 m） is very high with a mean of 24.7%, a maximum of 41.8% from the end of autumn to winter and next spring. The fog processes that occur in the area south of the Nanling Mts. in spring and winter result from the interactions of complicated micro-physical processes, the local terrain, water vapor transportation and the influencing weather system. The fog processes are arisen from advection or windward slope, which is much different from the radiation fog. Cooling condensation due to the air lifted by the local mountain plays an important role in fog formation. Windward slope of the mountain is favorable to the fog formation. Dense fog can occur at lower altitudes in the windward slope of mountain, resulting in the lower visibility. The fog is mainly of small-drop spectrum with smaller number-density than that of urban fog, and its drop spectrum has descending trend in the section of smaller diameter. The inverse relationship between fog water content and visibility is the best among several relationships of micro-variables. In addition to micro-physical processes of fog body itself, the motion of irregular climbing and crossing over hillside while the fog body is being transported by the wind are also important reasons for the fluctuation of micro-physical parameters such as fog water content.     

华南区域大气成分数值模式GRACEs预报性能评估

利用2016-2019年广东省国控站实况监测数据对华南区域大气成分数值模式系统(GRACEs)预报性能进行了综合评估。除空气质量指数AQI外,重点对PM_2.5、O₃及NO₂进行了分析评估。(1) 模式预报性能存在年际差异,对各要素的预报值总体偏低。(2) 模式预报能较好地反映空气质量的空间分布,PM_2.5中心在珠三角西北部,而O₃-8 h高值区在珠三角核心区和粤东沿海,但模式对O₃-8 h高值区存在显著预报低估现象。(3)模式可较好地模拟出PM_2.5月变化的单峰型特征和O₃-8 h月变化双峰型特征,但模式对AQI的秋冬季主峰值和春季次峰值的预报存在低估,分别与模式对O₃-8 h、PM_2.5的低估有关。(4) 模式能较好体现O₃的午后峰值和NO₂双峰值的日变化规律;模式对O₃前体物NO₂的预报偏差,有可能是导致随后几小时对O₃浓度预报偏差的重要原因。(5) 日平均浓度预报效果检验显示模式可较好预测AQI和3种污染物的变化趋势,但对夏秋季高O₃-8 h浓度预报显著偏低;模式对轻度污染及以上等级预报能力偏低,亟需提升模式对污染天气的预报能力。      

南岭山地高速公路雾区能见度预报系统

在研究南岭山地浓雾的气候规律，开展了2次多学科综合野外观测，对典型个例进行了天气学分析、雾的宏观结构特征分析、雾的微物理特征分析，在利用数值试验分析了雾生成的物理机制等研究的基础上，研制开发了4种南岭山地京珠高速公路云岩雾区的能见度预报方法，包括：中尺度数值模式产品释用方法、结构预测方法、天气学指标预报方法和动态统计预报方法；并研制了相应的自动化程度高的预测预报系统，与京珠高速公路粤境北段通车同步投入准业务运行，使用雾区路段的5套自动气象站和能见度仪资料，制作的集成预报结果为高速公路行车安全提供服务，经过各种方法的独立预报检验和准业务运行服务的预报结果检验，预报准确率比较高，提供服务的集成预报准确率可达83．3％。     

广州市地面太阳紫外线辐射观测和初步分析

通过对广州市2000～2001年两年的地面紫外线辐射观测资料的分析表明广州市全年紫外线辐射强度84.3%出现在"中等"以上级别,"强"、"很强"级别占65.1%,尤其是第二、三季度分别有46.2%、62.1%的时间紫外线出现"很强"级别,分析表明广州市属于紫外线高辐射地区;各候(旬)的最小紫外线指数在夏秋季节的涨落脉动比冬春季节要大,尤其是秋季更加明显.另外,定义了每月云衰减因子(CAF),12～4月为明显的云衰减加强期;6～9月为明显的云衰减减弱期,分析期间最大云衰减因子仅为0.11.     

广州地区旱季一次典型灰霾过程的特征及成因分析

通过研究2009年11月广州市气溶胶颗粒物质量浓度(PM10、PM2.5、PM1)、黑碳浓度、散射系数(Scatter)等大气成分要素,以及微波辐射计、激光雷达及风廓线雷达所探测的风、温、湿等边界层结构,统计分析广州旱季一次典型灰霾过程(2009年11月23—29日)中气溶胶颗粒物及其光学特性的时空变化特征,并配合天气形势背景、边界层结构对其形成原因进行详细分析。在典型灰霾过程中,黑碳浓度高达58.7μg/m3,散射系数高达1 902.7 Mm-1,PM10浓度高达423.5μg/m3,PM2.5浓度高达355.7μg/m3,PM1浓度高达286.5μg/m3。通过对同期的气象条件分析表明在广州地区旱季,区域性污染过程,特别是灰霾天气的形成具有以下三种气象条件:大气边界层高度较低;高压变性出海的天气形势与之密切相关;在偏东和偏南气流带来的高湿度环境下,气溶胶吸湿增长效应显著,导致出现严重灰霾天气。     

Model 6000型前向散射能见度仪性能评估及数据订正

介绍了器测能见度测量仪器的分类与测量原理。通过对目前珠江三角洲布网观测的前向散射式能见度仪的原始信号进行分析,探讨影响能见度测量性能的主要因素。结果显示:发射能量与气温呈反相关,在数据处理中可以通过归一化处理去掉其影响;背景噪声的波动具有明显的日变化,主要受光辐射的影响,安装能见度仪时应注意方向和位置,尽量减少背景噪声,提高仪器信噪比。通过能见度仪测值和人工观测值的比较分析表明:两者的变化趋势基本一致;在能见度小于15 km时,量值比较吻合;在能见度大于15 km时,器测值明显大于人工观测值;利用统计方法对器测值作数据订正,能有效减少高能见度的测量误差。利用激光雷达反演能见度,将其反演值与能见度仪测值进行比较,表明两种探测方法具有较高的相关性。     

MicrotopsⅡ型太阳光度计的使用、计算及定标

通过研究文献和在使用仪器过程中积累的一些经验,介绍MicrotopsⅡ型5通道手持式太阳光度计的特征、仪器使用前的参数设置、使用中应该注意的问题以及大气气溶胶光学厚度(AOD)的计算原理和仪器定标方法,以便为仪器的使用者提供借鉴。对广州热带海洋气象研究所2004年9月19日在国家南岭森林公园的一次对比试验观测数据进行分析,结果显示,两台仪器大气气溶胶光学厚度值非常接近,500 nm通道的AOD值相差小于0.01,说明两台仪器的厂家定标常数仍然适用。     

都市霾与雾的区分及粤港澳的灰霾天气观测预报预警标准

都市霾与雾的区分是迫切需要解决的问题。霾的出现有重要的空气质量指示意义,而雾的记录,有明确的天气指示意义。通常在平面时已达到饱和的水汽压,对相当于球面的云雾滴来讲就是未饱和的,云雾滴就会蒸发;在水汽条件不变时,云雾滴由于蒸发而变小,导致它的平衡水汽压升高,就更易蒸发掉。在不饱和大气中小于数μm的云雾滴必然蒸发,而且伴随着蒸发云雾滴尺度会进一步变小,导致曲率越来越大,蒸发速率越来越快。过去错误认为凝结核可以在低相对湿度(RH)情况下产生凝结生成雾滴的观点,是忽视了粒子曲率作用的结果,将实验室大颗粒(常常达mm量级)的吸湿性特征,延用至次μm粒子造成的。降温是达到饱和形成雾滴的重要物理过程,云雾是低温下饱和气块的可见标志。在云雾中必然存在凝结或凝华过程,因而必然伴随着潜热释放,这就使云雾内的温度高于环境,在云雾内必然盛行微弱的上升气流,不可能是下沉气流,这些宏观过程在霾层内是不存在的,因而成为识别雾与霾的重要的宏观动力条件。在对历史资料进行统计时,在排除降水、吹雪、雪暴、沙尘暴、扬沙、浮尘、烟幕等视程障碍现象的情况下,通过调试RH,使雾与轻雾反映自然的年际与年代际气候波动,而霾反映由于人类活动而引起的趋势性变化,其限值大体在90%左右,与美国和英国在讨论霾影响能见度(vis)的长期变化趋势中使用的限值RH<90%相同。20世纪80年代以来大幅增加的霾日,绝大部分是由于人类活动影响的气溶胶细粒子污染造成的。依据上述结果和以前的研究,给出了霾与雾区分的概念模型、霾与雾观测的标准和灰霾天气预警信号发布的标准,并介绍了相关的业务产品。