海面对流边界层垂直结构的数值模拟

冬季冷空气爆发进入暖海面时,海面边界层属与典型的对流边界层。此情况下,一般而言梯度输送理论(即一阶K闭合方法)是无能为力的。Wgnsaard(1984)提出了被动保守标量场的底直向上(bottom-up)和顶直向下(top-down)湍流交换模型。本文将它推广应用到风场相温度场,并用它模拟了冷气团入海期间海面边界层的结构。与实测资料比较,两者能吻合较好。     

边界层大气湍流特征的声雷达探测

声雷达可以直接测量温度脉动谱Φ_T(K_0)或温度结构系数C_T~2值。由于大气中谱的尺度很宽,在边界层大气中,用声雷达测得的Φ_T(K_0)或C_T~2是一个随机量,具有正偏态分布的特性,并满足对数正态分布。 从Φ_T(K_0)的频谱分析中得到,在频率为10~(-3)—3×10~(-3)秒~(-1)的范围内,存在着一个能量的峰值区,峰值和高频之间,能量的过渡带很陡。过去一般认为中尺度范围是大气谱段中能量的低值区。本文的分析发现,在中尺度范围内,无论在稳定或不稳定层结,经常存在着几分钟到十几分钟的周期活动,并对能量产生较大的贡献。这对今后大气湍流理论的研究,是一个值得注意的问题。此外,由于大气中谱尺度很宽,必须正确地选取气象要素或其它物理量的平均时间,才能获得稳定的气象要素的平均值。     

平流层O3、O动力系统的平衡性质及南极平流层O3季节变化规律的研究

本文首次利用常微分方程定性理论对平流层O₃、O动力系统的平衡性质进行了讨论.结果表明,如果在平流层O₃的主要分布高度内,大气扩散作用小于光化学作用,那么平流层的O₃层处于稳定状态;反之,平流层的O₃层将遭到破坏.利用这一机制,我们可以解释南极平流层O₃的季度变化规律和每年9-10月份出现的南极O₃洞.     

中国近海大气气溶胶的时间和地理分布特征

通过对中国近海10个航次气溶胶观测资料的统计分析得出:(1)从黄海、东海至日本以南海域气溶胶中地壳元素年平均浓度明显减小,在春季尘暴多发期间地壳元素浓度离到岸距离接指数规律递减.污染元素气溶胶浓度分布与陆源排放量和离岸距离有一定关系.(2)海上陆源气溶胶浓度的季节分布为:春季最大,秋冬次之,夏季最小.受日本排放源的影响,日本以南海域污染元素浓度最大值出现在冬季.(3)Se元素浓度与海洋源密切相关.海盐元素从黄海、东海至日本以南海域浓度逐渐增加,主要受周围海况影响,与风速呈现一定程度的正相关.影响近海气溶胶浓度的主要因素有陆源气溶胶排放量、降水分布和大尺度天气形势.     

夏季中国西部地区辐射特片的观测分析和能量收支的模式计算

在2000年6-7月新疆阜康地区野外观测资料和美国宇航局Goddard地球观测系统资料同化系统计算相应时间能量收支基础上分析了夏季我国西部干旱地区辐射特征和能量收支。新疆阜康地区观测的夏季中午平均吸收辐射为664W/m^2左右，反照率为17%，夜间长波净辐射值为60W/m^2左右。模式计算的相应地区的辐射特征与观测结果相当接近。模式计算结果表明，夏季新疆、甘肃西部、内蒙一带为感热通量高值区，其最大值在华北、东北地区，其值可达300W/m^2。广大西北地区潜热通量都很低，其高值区在华东、华南、西藏东部和四川一带，最大值可达250-300W/m^2。     

夜间海面上空大气边界层结构的研究

本文建立一个一维数值边界层模式,以模拟海面上夜间大气边界层结构的基本特征及其变化规律,用Wangara资料进行的数值试验表明,该模式模拟的结果与实测结果吻合较好,又以在西太平洋上进行的AMEX探测资料(1987)为初始场,对海面上大气边界层进行数值模拟,并比较夜间海、陆上空大气边界层结构的差异。     

对流边界层中夹卷作用的研究

本文采用从大涡旋模拟结果得到的湍流交换系数K,用K模式对对流边界层的结构、发展以及其顶部夹卷作用进行了研究。结果表明:边界层顶部夹卷对对流边界层的发展有重要影响;另外,我们把这种从理论上来说仅适用于温度、湿度等标量的湍流交换系数K应用到风速分量的计算中,也取得较好效果。     

Numerical Simulations on the Explosive Cyclogensis over the Kuroshio Current

１．ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅＫｕｒｏｓｈｉｏＣｕｒｅｎｔｉｓｔｈｅｍｏｓｔｓｔｒｏｎｇｗａｒｍｗｅｓｔｅｒｎｂｏｕｎｄａｒｙｃｕｒｅｎｔｏｆｔｈｅＮｏｒｔｈＰａｃｉｆｉｃ,ｏｖｅｒｗｈｉｃｈｅｘｐｌｏｓｉｖｅｌｙｄｅｅｐｅｎｉｎｇｅｘｔｒａｔｒ...     

北京城市大气边界层低层垂直动力和热力特征及其与污染物浓度关系的研究

利用2001年3月19~29日和2003年8月11~25日中国科学院大气物理研究所325m大气边界层观测塔资料,分析研讨了北京城市大气边界层低层的垂直动力结构特征及其与污染物浓度分布的关系.对比分析了北京城市大气边界层低层不同高度的风、温度和湿度梯度资料、大气湍流和大气化学观测系统资料,综合分析获取了无因次速度、温度湍流方差和湍流通量、湍能分布特征及其与污染物浓度空间分布的关系,同时分析了北京地区沙尘天气过程中城市边界层低层垂直结构特征及其污染物浓度的分布与变化特征.分析结果表明,在不稳定层结条件下,47和120m高度上无因次速度湍流方差和温度湍流方差遵循莫宁-奥布克霍夫相似规律,并给出相应的拟合公式.稳定大气边界层可按层结参数z′/L分成二分区,z′/L<0.1为弱稳定区,此时相似规律可适用,z′/L>0.1为强稳定区,在此区内无因次速度方差随稳定度增大有增大的趋势,而无因次温度方差则保持不变.白天近地层包含了47和120m,而280m已在近地层之上.对2001年3月北京地区一次沙尘天气过程的城市边界层资料分析发现,320m高度上总悬浮颗粒物浓度最高达到913.3μg/m3,在边界层内大气颗粒物从上层向低层输送,这与锋面过境时低空急流从上层向下发展过程并伴随的强下沉运动有关.