湿地下垫面大气边界层温、湿廓线的数值模拟及影响因素分析

应用大气二维边界层数值模式,对2008年夏季洪河国家级自然保护区沼泽湿地1000m高度边界层的温度、湿度廓线进行了3次模拟试验,并模拟分析了风速和下垫面粗糙度对湿地边界层温、湿廓线结构的影响.结果表明:(1)大气二维边界层模式可以较好的模拟湿地下垫面边界层的温、湿结构,并且该模式对位温的模拟效果优于比湿;(2)风速和粗...     

地基微波辐射计遥感大气廓线的BP神经网络反演方法研究

讨论了12通道地基微波辐射计遥感反演温度、相对湿度和云液态水廓线的BP神经网络反演方法,利用探空资料,对北京春、夏、秋、冬四个季节的大气廓线进行神经网络训练,并对训练好的网络的反演能力进行数值检验,分析了反演精度;对北京南郊观象台12通道微波辐射计的观测亮温资料进行实际反演,结果表明,神经网络(BPNN)反演的廓线与微波辐射计自带RadiomeNN的相比更加接近实际。     

西宁城、郊冬季边界层温度廓线的观测与分析

本文从西宁市边界层实际观测的资料出发，分析了西宁市城、郊冬半年温度廓线的变化特征及城、郊温度廓线的交叉现象，统计了冬半年城、郊逆温层的基本特征，为开展城市环境污染预报、分析污染物分布与环境气象因子的关系、建立污染预报数值模型提供了预报依据。     

应用ATOVS资料反演大气温湿廓线

本文用牛顿迭代的方法反演NOAA-15极轨气象卫星ATOVS资料，求解大气温度廓线和水汽廓线，本文利用一阶变分原理从辐射传输方程中得到了大气温度、水汽权重函数的解析形式，并改进了传统使用的线性迭代方法，利用牛顿非线性迭代方法求解大气表层温度，大气温度廓线及大气水汽廓线，并根据大气参量的自相关性，将大气温度廓线、大气水汽廓线用经验正交函数（EOF）的线性组合表示，减少了要反演的参数，提高了反演稳定性和迭代速度。     

青藏高原地表对大气红外冷却廓线的影响

青藏高原地表对大气红外冷却廓线的影响ＥｒｉｃＡ．Ｓｍｉｔｈ；ＬｅｔＳｈｉ（佛罗里达州立大学气象系和巨型计算研究所）１引言青藏高原对大气环流的动力和热力影响是众所周知的。很多学者对青藏高原作为一个巨大的、抬高的热源对大气的影响做过深入的研究。这些研究重...     

基于偏差原则利用MODIS红外资料反演大气廓线以及表层温度

遥感方程或大气辐射传输方程是属于第一类非线性Fredholm积分方程,这类方程的显著特征是不适定的,尤其此类问题解的不稳定性,增加了反演的难度.因此需要研究控制反演不稳定性和提高反演精度的有效方法.为了使解稳定,光滑参数γ作为约束因子是必要的.文中结合牛顿非线性迭代法反演大气廓线,利用偏差原则来最优选择光滑参数γ,即在同步反演大气廓线的同时对γ采用分步迭代的原则.最后利用中分辨率和成像光谱仪(MODIS)红外资料进行反演试验,反演结果表明采用偏差原则选取γ明显优于经验法,反演的表层温度和大气可降水量与美国国家宇航局(NASA)的MOD07产品类似.     

温度廓线对气溶胶垂直分布的影响分析

文章根据2012—2014年6架次的机载气溶胶探测资料,结合温度廓线资料,对有明显逆温条件下的气溶胶粒子垂直分布做了分析,并在逆温影响的高度层对负指数分布规律进行了订正。结果表明,强的逆温层的存在会严重阻碍气溶胶粒子的扩散;在逆温影响下,6次探测都有高度层出现拟合值持续小于实测值的现象;对逆温影响的高度层进行温度订正后得到的结果与实测值更加接近;温度订正因子与逆温层温差密切相关,两者的线性回归关系模型为Y=-0.1499X+0.7548。     

七通道微波辐射计遥感大气温度廓线的性能分析

文中首先分析了大气参数分布的垂直分辨率对模拟七通道微波温度探测器各通道亮温的影响,通过对比计算表明,大气参数的垂直分辨率对微波测温通道亮温计算的影响为0．2K～0．7K;随后分析了各通道亮温测量误差对温度廓线反演性能的影响,当测量误差在0．2K～2．0K范围内变化时,反演结果的总体均方根误差为2．1K～3．1K;同时还分析了单通道缺损、单通道发生漂移及所有通道发生漂移等情况对温度廓线反演性能的影响。当仪器缺损一个通道时,对所缺通道权重函数峰值附近高度上的大气温度反演有不同程度的影响,对其他高度上的大气温度反演的影响可忽略;单通道漂移0．5K时,对反演结果的影响较小;各通道整体漂移达到1．0K时,对温度廓线反演有明显影响;最后,考虑了云雾对微波测温通道亮温的影响,数值计算表明,雾层、浓霾和卷云对各通道亮温几乎没有影响,层云和积云对50．50GHz通道亮温有明显的影响。     

基于多普勒天气雷达的垂直散度和温度平流廓线反演

垂直散度廓线可用于推断大气垂直运动情况,垂直温度平流廓线可用于推断大气层结是否稳定,有助于预报员推断本站降水演变趋势。鉴于我国多普勒天气雷达中还没有垂直散度和温度平流廓线产品,提出了这两种产品的反演方法。首先使用分层VVP方法从雷达体扫径向速度资料中反演出雷达站上空的垂直风廓线和垂直散度廓线,然后在假设大气处于地转平衡条件下,基于温度平流与地转风随高度的变化关系,从垂直风廓线中反演出垂直温度平流廓线。以两次大范围暴雨天气过程为例,反演了雷达站上空的垂直风廓线、散度廓线和温度平流廓线,并对反演结果进行了分析。结果表明:在雷达周围有大范围降水回波的情况下,使用分层VVP方法能合理地反演出雷达站上空的垂直风廓线和散度廓线;在这种情况下,反演的垂直风廓线代表各个高度雷达有效探测范围内的平均水平风,可近似满足地转平衡条件,因此,使用热成风方程能较为合理地从垂直风廓线中反演出垂直温度平流廓线;三个反演产品的合理性可用天气学理论和天气实况来解释。     

自由对流与稳定层结边界层风廓线的解析表达和边界层顶抽吸速度

基于近年来对自由对流和稳定边界层湍流交换特征的研究,求解边界层运动方程,得到这两种层结下边界层风的解析表达式.所得廓线与边界层特性参数符合观测特征.还求出了这二种层结下边界层顶抽吸速度的解析表达及其与某些参数的关系.结果表明,抽吸速度与层结有关,其特征可从物理上加以解释.     

Aerosol climatology for the planetary boundary layer derived from regular lidar measurements

Regular aerosol extinction and backscatter measurements using a UV Raman Lidar have been performed for almost 3 years in Hamburg in the frame of the German Lidar Network. A set of 92 aerosol extinction and 164 aerosol backscatter profiles has been used for statistical investigations. Mean values and variances of the aerosol extinction and backscatter in the boundary layer have been calculated. Large fluctuations during the whole year have been found. The measured aerosol extinction over Hamburg shows a seasonal cycle with highest values in early fall and a second less prominent peak in spring.An analysis of the data using back trajectories showed a dependence of the aerosol extinction on the origin of the air mass. The residence time of the air mass over industrialized areas was found to be an important parameter for the measured aerosol extinction at Hamburg. However, only a small part of the total variability could be explained by the air mass origin.For 75 cases of aerosol extinction measurements under cloud-free conditions, the aerosol backscatter profile and therefore, the lidar ratio as a function of altitude could be determined. Winter measurements of the lidar ratio are often close to model results for maritime aerosol, the summer measurements are close to the model results for urban or continental aerosols.The high quality of the data has been proven by intercomparisons with other lidar systems and with star photometer measurements of the aerosol optical depth during the Lindenberg Aerosol Characterization Experiment (LACE'98) field campaign.     

利用MODIS红外资料反演大气温湿度廓线的研究

概述了利用特征向量统计回归反演算法,从EOS/MODIS的红外通道资料反演大气温湿度垂直分布的过程,并与美国国家环境预报中心NCEP(National Centers for Environmental Prediction)的等压面再分析场资料按照纬度和气压高度进行了真实性检验。结果表明：由MODIS资料反演得到的大气温湿度参数能够揭示大气温湿度的垂直分布。在各个等压面上均方根误差平均值在中纬度地区为3.39K,低纬度地区为1.40K,近地面层、对流层顶附近及下垫面地形复杂的区域误差较大,总体上低纬度地区要好于中纬度地区。反演的水汽误差也为低纬度地区小于中纬度地区,且随高度升高,中、高纬度误差都逐渐减小并逐渐接近。     

边界层参数化方案对陆气相互作用影响的模拟研究

利用湍流动能闭合方法对区域气候模式RegCM3中的边界层参数化方案进行了改进,然后利用中国东部典型旱、涝年资料进行了改进效果对比试验,并着重分析了边界层参数化方案改进对陆气相互作用的影响,结果表明:采用湍流动能闭合方法可以更合理的描述边界层的高度及其日变化,较为真实地描述边界层的物理过程,使得陆—气间通量及大气各层垂直...     

基于风廓线雷达的对流边界层高度的确定

大气边界层高度对于天气、气候和大气污染研究是一个至关重要的参量。对流边界层(Convective Boundary Layer,CBL)顶部的夹卷过程造成温度和湿度垂直梯度增强,导致这一层的折射率结构常数C■变高。C■的这种垂直分布特征经常被用来定位出CBL高度Z_i。本文利用2010年7—8月天津大港的风廓线雷达数据推断出CBL高度Z_i,对于多重C■峰值或不明确的C■峰值,本文改进了对Z_i的测定,分别讨论了C■最大后向散射法与C■和垂直速度方差(σ■)相结合的新方法的适用性。研究显示:(1)C■廓线具有单峰时,最大后向散射强度法能正确估计CBL高度,这种情况往往对应的是晴天。CBL上存在的残留层或云层引起的温湿起伏变化导致C■廓线具有双峰甚至多峰时,最大后向散射强度法可能会错误估计CBL高度;(2)C■和σ■结合的方法不仅与晴天时C■最大后向散射法有较好的一致性,而且可以将CBL造成的C■峰值从云层造成的C■峰值中区分出来,从而正确估计CBL高度;(3)一般而言,对流边界层中存在有明显的、破碎或者分散不明显的云时,C■和σ■结合的方法都能较好地识别出CBL对应的C■峰值。但由于边界层中的情况极为复杂,C■和σ■结合法也会因不同的原因而错误估计CBL高度。     

气候变暖对辽宁西部地面及作物耕作层温度的影响

利用气候倾向率、标准偏差方法,划分基准年研究1952-2010年辽宁西部地面、耕作层温度变化特征。结果表明：辽宁西部年平均地面温度、农作物生长季地面和耕作层温度呈升高趋势,气候倾向率分别为0.395℃/10a、0.304℃/10a、0.206℃/10a。冬季、春季对年平均地面温度升高贡献最大,气候倾向率为0.535℃/10a、0.521℃/10a;夏季、秋季贡献较小,气候倾向率为0.223℃/10a、0.291℃/10a。第Ⅲ基准年升温最剧烈。研究结果可为该地区农业生产结构调整、生态环境治理等提供参考。     

Performance of various similarity functions for nondimensional wind and temperature profiles in the surface layer in stable conditions

The linear functions for non-dimensional wind and temperature profiles are commonly used to describe the surface layer fluxes in atmospheric models. However, their applicability is limited to smaller values of the stability parameter z/L (where z is the height above ground and L is the Obukhov length) i.e. z/L < 1.0. These linear functions have been modified (Webb 1970, Quart. J. Roy. Meteor. Soc. 96, 67–90; Clarke 1970, Quart. J. Roy. Meteor. Soc. 96, 91–114; Hicks 1976, Quart. J. Roy. Meteor. Soc. 102, 535–551; Beljaars and Holtslag 1991, J. Appl. Meteorol. 30, 327–341; Cheng and Brutsaert 2005, Boundary-Layer Meteorol. 114, 519–538) over the years for calculating fluxes when z/L > 1.0 under strongly stable conditions. In view of this, the objective of the present study is to analyze the performance of these similarity functions to compute surface fluxes in stable conditions.The meteorological observations from the Cooperative Atmosphere-Surface Exchange Study (CASES-99) experiment are utilized for computing the surface fluxes in stable conditions. The computed fluxes are found to be reasonably close to those observed. The ratio of observed to computed fluxes reveals that the computed fluxes are close to the observations for all the similarity functions for z/L < 1.0 whereas the computed values show relatively a large scatter from observations for z/L > 1.0. The computed values of u and heat flux do not show significant differences from those observed at 99% confidence limit. The performance of all the similarity functions considered here is found to be comparable to each other in strongly stable conditions.     

SHEBA flux–profile relationships in the stable atmospheric boundary layer

Measurements of atmospheric turbulence made during the Surface Heat Budget of the Arctic Ocean Experiment (SHEBA) are used to examine the profile stability functions of momentum, φ _m , and sensible heat, φ _h , in the stably stratified boundary layer over the Arctic pack ice. Turbulent fluxes and mean meteorological data that cover different surface conditions and a wide range of stability conditions were continuously measured and reported hourly at five levels on a 20-m main tower for 11 months. The comprehensive dataset collected during SHEBA allows studying φ _m and φ _h in detail and includes ample data for the very stable case. New parameterizations for φ _m (ζ) and φ _h (ζ) in stable conditions are proposed to describe the SHEBA data; these cover the entire range of the stability parameter ζ = z/L from neutral to very stable conditions, where L is the Obukhov length and z is the measurement height. In the limit of very strong stability, φ _m follows a ζ ^1/3 dependence, whereas φ _h initially increases with increasing ζ, reaches a maximum at ζ ≈ 10, and then tends to level off with increasing ζ. The effects of self-correlation, which occur in plots of φ _m and φ _h versus ζ, are reduced by using an independent bin-averaging method instead of conventional averaging.     

南京市区不同下垫面对近地层温度影响

利用南京市内设立在4种不同典型下垫面的自动气象观测站逐时温度资料,采用对比分析方法,分析不同下垫面对城市近地层温度的影响.结果表明,城市绿地在日出日落后温度变化最明显,春秋两季温度变化速率超过2℃/h,夏冬两季也可达1.2℃/h,这使得绿地夜晚温度较低;城市水体日出日落后的温度变化速率最小,因而城市水体夜晚温度较高,尤其在春秋两季最为明显;城市中的生活区和校区在日出日落后温度变化速率稍高于城市水体,夜间温度一般高于绿地,低于水体.另外,不同下垫面对城市气温的季节变化也有影响,城市水体秋冬季节温度高,绿地在夏季温度低,使得温度的平均年变化减小;城市生活区和校区温度的季节变化特征与前两者相反.温度年变化在四季转换过程中的不均匀性在不同下垫面上也有不同的特点,在冬半年,城市水体温度的月际变化较大,而绿地月际变化小,夏半年则出现完全相反的情况.     

热带西太平洋边界层的多层结构分析

本文主要利用第一次“中美热带西太平洋海气相互作用联合调查”所获得的海洋水文、气象及大气探测资料,分析了热带西太平洋暖水区边界层大气层结特征,指出热带西太平洋边界层大气具有多层结构和多层送温现象,边界层内各层厚度及气温、位温、混合比随高度的变化趋势如下:超绝热层位于地面以上50m左右,气温、位温、混合比迅速减小,系绝热不稳定层;第一层为混合层,平均厚度为351m,位温、混合比变化不明显;混合层上又是逆温层大多为30—100m厚,位温迅速增大,混合比迅速减小,系绝对稳定层;700—1000m为浅对流云活跃层,     

荒漠绿洲边界层结构的数值模拟

陆-气相互作用和中小尺度天气系统的研究中,水平不均匀边界层和水平不均匀地表的强迫作用都是重要的物理过程.本文用已建立的陆面过程与大气边界层耦合模式(BLCM),较详细地研究了草地周围为荒漠(半沙漠)的地表植被不均匀而造成的边界层结构特征和局地环流及其昼夜变化.通过边界层顶影响自由大气不同尺度的运动.模式结果揭示出最强的上升和下沉运动是发生在荒漠-草地间动力和热力不连续的界面附近,且呈现出不对称性.