天津城市边界层湍流统计特征

利用2008年2月1～28日在天津气象塔上观测的超声风、温资料和常规风、温及湿梯度资料,计算了天津城市边界层无量纲湍流速度方差、湍流温度方差、感热通量、动量通量和湍流动能。结果表明,在不稳定层结条件下,40m高度上无量纲湍流速度方差和湍流温度方差遵循莫宁-奥布克霍夫相似理论,在220m高度上只有垂直方向上的湍流速度方差...     

湍流频散对边界层风廓线的影响

应用包括湍流粘性和频散的新的Reynolds平均动量方程，分析了边界层的垂直风速廓线，发现包含湍流频散的地面层的风速廓线对经典的风廓线指数规律有一个对数规律的修改；而且在不稳定层结下比在稳定层结下，湍流的频散效应更为显；在中性条件下，指数规律退化为对数规律并且Karman常数被另外一个常数所代替，而这个新常数也可以通过相似理论来获得。     

登陆台风边界层风廓线特征的地基雷达观测

为了分析登陆台风边界层风廓线特征,利用2004—2013年中国东南沿海新一代多普勒天气雷达收集的17个登陆台风资料,采用飓风速度体积分析方法,反演登陆台风的边界层风场结构特征。与探空观测对比表明,利用雷达径向风场可以准确地反演登陆台风的边界层风场结构,其风速误差小于2 m/s,风向误差小于5°。所有登陆台风合成的边界层风廓线显示,在近地层(100 m)以上,边界层风廓线存在类似急流的最大切向风,其高度均在1 km以上,显著高于大西洋观测到的飓风边界层急流高度(低于1 km)。陆地边界层内低层入流强度也明显大于过去海上观测,这主要是由陆地上摩擦增大引起。越靠近台风中心,边界层风廓线离散度越大,其中,径向风廓线比全风速以及切向风廓线离散度更大。将风廓线相对台风移动方向分为4个象限,分析边界层风廓线非对称特征显示,台风移动前侧入流层明显高于移动后侧。最大切向风位于台风移动左后侧,而台风右后侧没有显著的急流特征,与过去理想模拟的海陆差异导致的台风非对称分布特征一致。     

基于风廓线雷达的广东登陆台风边界层高度特征研究

针对8个登陆广东省的热带气旋,利用经过数据质量控制的风廓线雷达连续、高时空分辨率的风场观测数据,对热带气旋边界层特征进行了分析。研究结果表明:热带气旋边界层中切向风速大值区垂直范围越大、风速越强、持续时间越久,则热带气旋强度越大、登陆后强度维持时间越久。眼区外入流层厚度越大,入流层气流越强,热带气旋登陆后强度维持时间则越久。风廓线雷达信噪比垂直梯度对大气湍流信息有一定的指示作用,对于入流层高度在2000 m以下的热带气旋,其入流层顶所在高度与信噪比梯度最大值所在高度相近,对于入流层较为深厚的热带气旋,用信噪比垂直梯度确定的边界层高度虽接近入流层顶高,但仍有一定差距。不同特点的热带气旋其边界层高度并不相同,对于登陆后强度迅速减弱的热带气旋边界层高度在500~1000 m;登陆后强度持续时间短的热带气旋,其边界层高度约1000~2000 m;登陆后强度持续时间长的热带气旋,其边界层高度在2000 m之上,最高可达5000~7000 m。这些结果加深了对登陆台风边界层高度演变特征的认识。     

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.     

边界层风廓线仪应用中存在的若干问题

根据多年来在上海地区边界层风廓线仪布设和应用中取得的经验和研究结果,详细介绍了边界层风廓线仪在大城市组网、选址和建站方面需要注意的问题,同时针对边界层风廓线仪受地物杂波干扰和降水污染影响的问题进行了典型个例分析。     

边界层风廓线雷达资料在浙中强对流天气中的应用

利用义乌CFL 03边界层风廓线雷达资料,对浙中地区15次强对流天气过程进行了分析。结果表明：①水平风不仅能提前于天气图数小时获知冷空气入侵,预判强对流的发生,而且通过对低空西南急流尤其是超低空西南急流或偏南急流的研究发现,其对短时暴雨或降雹能提供非常有利的信息,同时任何风向的超低空急流都可以作为判断雷雨大风的依据;②垂直速度和大气折射率结构常数（CN2）的大小能较好地反映降水开始和结束,而降水发生时,功率谱密度表现为正径向速度,谱宽变宽,且各信号形状较为相似;③当径向速度图出现速度模糊现象,尤其是在低层时,地面对应有大风。风廓线雷达资料对强对流天气的发生发展有较可靠的指示意义。结合多普勒雷达资料,可有效加强本地短临预报能力。     

南京地区一次短时强降水风廓线雷达资料特征分析

利用边界层风廓线雷达探测的三个基本数据产品(垂直速度、大气折射率结构常数和速度谱宽)对2006年8月1日发生在江苏南京的一次短时强降水过程进行分析。结果表明:当垂直速度明显增大(从无降水时小于1m/s到降水临近前大于4m/s)、折射率结构常数(lg C2n)大于—11时,预示着降水的发生;且降水过程中,垂直速度、速度谱宽与降水量的变化趋势较一致,能够在一定程度上反映降水强度的变化。     

边界层温度廓线遥感反演的本地化改进研究

采用MODIS资料和美国发展的MODIS大气温、湿度廓线统计反演算法,估算大气温度、湿度廓线作为初始场,应用101层快速透过率模式(PFAAST)估算了大气透过率,并采用Newton非线性迭代算法反演中国西北荒漠戈壁地区大气温度廓线。结果表明:该方法对边界层高度及以上部分的大气温度反演得比较好,误差基本都在2 K范围内,边界层范围内的温度反演误差较大,反演误差与气溶胶光学厚度增量和地表温度估算误差呈显著正相关关系,与大气水汽混合比的关系较差。文中从敏感性试验和理论分析角度阐述了地表温度和气溶胶光学厚度估算误差对大气温度反演误差的影响,发现不同光谱波段的地表温度权重均随地表温度的增加有不同程度增加,地表温度反演误差增加将增加地表温度权重,提高地表温度估算误差有助于提高地表温度权重的精度;荒漠戈壁地区大气边界层中气溶胶浓度较高,光学厚度较大,使边界层大气透过率降低,进而降低卫星红外遥感波段的地表温度权重和空气温度权重。由于该模式没有很好地考虑边界层中沙尘气溶胶的影响,使卫星反演的大气透过率偏高,以至于高估地表温度权重和大气温度权重,使得反演的表面温度和空气温度偏低。该研究结合太阳光度计获得的光学厚度资料,采用统计方法对气溶胶效应引起的大气透过率误差和表面温度估算误差进行校正,并对物理算法进行本地化改进,实现了边界层温度廓线的反演。     

初夏南海台风的结构分析

根据对8005号南海台风的结构分析,初步得到以下几点:1)南海台风各物理量的水平分布不对称。其湿度中心和暧中心分别位于700hPa和300—200hPa。垂直运动在台风迅速发展时达到极值。2)台风范围内的对流层高层和低层分别存在东北风和西南风大值区,U分量的垂直切变零线在台风发展阶级呈东西向穿过台风中心附近,随着台风加强切变加大。3)通过与西太平洋台风的比较,认为对流层高低层散度之差和涡度之差与南海台风发生发展的关系密切。4)积云对流造成的潜热释放是台风发展期的主要热源。      

青藏高原大气边界层湍流特征量分析

采用１９７９年青藏高原气象科学实验资料,研究高原陆面上总体湍流送系数ＣＤ和ＣＨ的特征及边界层高度受高原地形的影响。结果表明用廓线法计算的高原上局地的ＣＤ和ＣＨ值比同样粗糙度长度条件下平原地区的值大得多,而且日较差也大于平原地区。     

利用风廓线雷达资料对广州地区边界层日变化特征的分析研究

利用2010年11—12月亚运会期间设在广州五山站的车载式边界层风廓线雷达资料,对广州地区晴天条件下的边界层日变化特征进行分析。结论表明:（1） 折射率结构常数具有明显的日变化特征。夜间,受大气层结的抑制作用,湍流强度较弱,折射率结构常数的观测值约为10-17～10-18 m-2/3;白天,湍流在热力作用和动力作用的共同影响下,从底层大气向自由大气发展,观测值比夜间可增大两个量级,且在边界层顶部有较大阶跃。（2） 利用风廓线雷达谱宽资料可算出湍流耗散率,作为一种新的风廓线雷达二次产品,该参数对湍流的描述更为准确和细致。在晴天条件下,广州地区边界层顶从08时开始迅速上升,11时前后达到1 300 m左右,在日落前基本维持这个高度不变。      

北京低层高空的风速分布

分析北京1954,1955两年气球测风的原始记录,根据500米高度上的风速,这些记录可以分作三类:大风,中风和弱风三种情形。中风情形的记录最多,因此根据中风情形记录所得到的平均风速分布较有代表性,本文对中风情形的实测风分布作了理论的研究。假定900米以下湍流系数 K 随高度改变,而且 K=(a-bz)~2;900米以上 K 为常数,则由湍流平均运动方程的确解所算得之风速分布几乎和实测者完全一致。最后,本文还讨论了所建议的根据实测风决定湍流系数 K 的方法,指出应用这种方法时所须注意之点。     

PLANETARY BOUNDARY LAYER HEIGHT MEASURED BY A WIND PROFILER BASED ON THE WAVELET TRANSFORM

Planetary boundary layer height (PBLH) is an important input parameter for any boundary layer study or model, either climate or atmospheric. The variation of the PBLH is also of great significance to the physical processes of numerical prediction, diagnosis of weather forecasting and monitoring urban pollutants. However, effective ways to monitor the PBLH continuously are lack. Wind profilers are commonly used in monitoring PBLH continuously because of its high temporal and spatial resolution, coupled with capability of continuous detection. In this paper, the covariance wavelet transform (CWT) is used to analyze the range-corrected signal-to-noise ratio (SNR) of the wind profiler to determine the PBLH, which is then compared with the results measured by the gradient method and the radiosonde. The conclusions are as follows: (1) The scaling parameter a and translation parameter b of the wavelet are critical in determination of the PBLH by applying the CWT as different values may get completely different results, which requires to select appropriate values in the calculation carefully. (2) Quality control is crucial in determining the PBLH because good quality control can help remove mutation points, which makes the determined PBLH more consistent with the actual situation. (3) In clear-air, the gradient method is not applicable if the boundary layer turbulence is inhomogeneous and the impact of noise is large for that it is easy to be impacted by the mutation of SNR caused by the atmosphere turbulence instability and other factors, which will cause large errors, while the CWT method as an improvement of the gradient method can determine the PBLH quite well. (4) Through quality control, the PBLHs determined by the CWT are consistent with those of radiosonde, and the correlation coefficient between them is 0.87.     

2012年南海夏季风活跃期与非活跃期广东电白地区海陆大气边界层特征分析

利用2012年6—9月南海夏季风期间的近海海洋气象观测平台 (海上平台站) 和电白国家气候观象台 (电白站) 的地面气象站资料,气象塔资料以及GPS探空资料对海上平台站和电白站两站在季风活跃期和非活跃期的大气边界层结构特征进行研究分析。结果表明,活跃期与非活跃期两地的大气边界层结构特征有明显差异。(1) 在活跃期两站近地层风向全天由东南风主导,风速较大,且两站均出现连续降水,受云系和降水的影响,与非活跃期相比,电白站近地层日平均气温降低约为2 ℃;非活跃期两站风向全天无规则变化,且风速值小。(2) 在活跃期大气边界层内风向均为一致的东南风,风速较大,200 m以上的风速均大于8 m/s,而在非活跃期大气边界层内风速较小,风向变化较大,同一时刻不同高度的风向差可达180 °。(3) 在季风非活跃期混合层高度最高可达937 m,而在活跃期,受降水和云系的影响混合层高度明显降低,最大高度仅为700 m左右。(4) 活跃期受连续降水影响,大部分时刻的大气边界层内相对湿度大于80%。由此可见在季风活跃期与非活跃期不仅海陆气能量交换发生变化,大气边界层结构特征也有显著变化。      

ON SIMILARITY AND THE TURBULENT STRUCTURE IN THE STABLE BOUNDARY LAYER

In the stably stratified boundary layer,the vertical flux profiles for momentum and heat can be obtained froman atmospheric boundary layer model which includes parameterization of the long-wave radiation.In addi-tion,the Monin-Obukhov similarity theory can be extended to the whole boundary layer by using the local tur-bulent scales L(z),U.(z)and 0.(z)in place of surface layer scales.The similarity predictions are ingood agreement with observational data.     

稳定大气边界层的湍流结构和相似律

本文从包括辐射影响在内的大气边界层模式出发,求解了稳定层结条件下湍流热通量和湍流应力的垂直廓线。另外,引入湍流的局地尺度L(z)、u*(z)和θ*(z),各湍流量的局地尺度可以表示成z/L(z)的函数,由此可将相似理论推广到全边界层应用,相似律的预告和观测资料很一致。     

THE CHARACTERISTICS OF TURBULENT TRANSPORT IN THE SURFACE LAYER OVER EASTERN TIBET DURING SUMMER 1986

The turbulent fluxes for sensible and latent heat and momentum are computed and analyses are carried outabout the factors in terms of the fluxes,with the profile methods,based on the data from the Tibetan(Xi-zang)Plateau Meteorological Experiment in 1986(TIPMEX-86).It is shown that the fluxes of various kindshave evident diurnal variation,and each decade mean diurnal variation is quite different from others.Thesensible heat flux is about 2/3 less in July than in June.The results indicate that the averaged drag coefficient,C_d,and the averaged bulk transfer coefficient of sensible heat,C_h,are 0.0052 and 0.0075 respectively,for theperiod 13 to 28 in June for Nagqu.But for Lhasa,the mean C_d is 0.0056,and the mean C_h is 0.0085,for the period of June 11 to July 20.It is found that C_d and C_h are not only the function of wind velocity,but also influenced by stability conditions and wind and temperature gradients.     

沂蒙南部山区冬季大气边界层风、温场结构特征研究

利用现场低空探测所获得的实测资料,分析了沂蒙南部山区冬季大气边界层内的风、温场垂直分布特征以及随时间的演变特征。