山地边界层急流的特性探讨

通过对某山区夏末秋初实测风、温资料的分析，发现山区边界展急流具有明显的特性，其生、消、演变规律与测站所处的地理环境、山丘地形的热力差异，以及适当风向的平流作用等密切相关。特别是测站上空空悬逆温的形成和维持，对边界层急流的形成和维持起关键作用；地形热力差异所引起的局部气层的斜压性可能是边界层急流形成的重要机制之一。     

乌鲁木齐市边界层日变化特征

利用乌鲁木齐市晴天CFL-03型风廓线雷达观测资料,分析了边界层日变化特征。得出结论如下:边界层结构季节变化明显。冬、春季300~600m以下风速较小,小于3m/s,且愈近地面风速愈小;以上风速大、风向恒定,基本为东南大风。夏季和秋季风速比冬季和春季小,流场特征较复杂,水平风速和风向变化较活跃,存在明显的风切变。折射率结构常数春、秋和冬季比夏季分别小1个、3个和1~3个量级;夏季最大,集中在10~(-16)~10~(-13) m~(-2/3)之间。春、夏和秋季晴天湍流动能耗散率量级分别在10~(-6)~10~(-2) m~2·s~(-3)、10~(-4)~10~(-3) m~2·s~(-3)、10~(-6)~10~(-3) m~2·s~(-3)之间;白天比夜间约大1个量级。晴天折射率结构常数和湍流动能耗散率日变化特征与风场日变化特征有较好地对应关系,即湍流发展旺盛的区域与风速较大的区域相一致。风廓线雷达资料反演的湍流动能耗散率对春季和夏季边界层结构日变化演变特征的监测较好。夏季夜间稳定边界层约400~500m,残余层可达到约1800m,对流边界层可发展到约2500m,混合层约2200m,夹卷层约300~400m。     

塔中一次强沙尘暴过程边界层风场变化特征

利用风廓线雷达探测资料对2010年4月19日塔中一次强沙尘暴过程中的边界层三维风场进行分析研究。沙尘暴爆发前,塔中1 000 m高度内空中风主导风向由偏东风转为偏西风;沙尘暴爆发时,地面至1 500 m高度内为偏东风。近地面风速在沙尘暴爆发初期迅速增大至18.3 m/s,中后期逐渐变小,但依然保持10 m/s左右的较大风速;300～1 000 m高度,沙尘暴爆发时段的风速小于过程前后;1 000～2 000 m高度内,沙尘暴爆发前风速达到最大,然后随时间变化呈递减趋势;3 000 m以上高空风在沙尘暴爆发期间风速可达20 m/s。沙尘暴过程中塔中上空存在明显的沙尘颗粒沉降运动,平均下沉速度为1.2 m/s。     

上海世博园上空边界层风垂直变化观测研究

利用平矩阵风廓线雷达于2007年7月17日至9月28日对上海世博园规划区上空的风垂直分布进行了观测.通过分析该地上空三维风场的日变化,发现夜间以偏西气流为主,白天风速较小,以偏东气流为主,表明该地区以海陆风为主导的环流特征是这一地区的局地环流日变化的基本特征.逐日变化分析表明,在8月2日以前主要以偏西北气流为主,之后基本是以东南气流为主,并且垂直运动特征以上升气流为主,强烈的垂直运动与偏西气流相关密切,同时偏北气流往往带来较强的上升运动.日夜平均廓线分析表明,夜间风速较大,并且夜间风速的垂直变化与白天相比也有很大不同,白天270 m以下风速随高度基本不变,而夜间从近地面向上风速随高度逐渐增大,低层<90 m的范围内白天风速大于夜间风速.城市冠层以上风向的日夜变化不明显,多为偏北气流控制.城郊风廓线的对比表明受城市下垫面粗糙度的影响,城市风速明显比郊区减小.城市和郊区的水平风速变化在城市冠层以上比较接近,相关系数达到了87%.     

两类短时强降水天气边界层气象要素变化特征

本文基于2013—2015年北京铁塔的气象观测数据,结合VDRAS、地面自动站、NCEP再分析资料等,将短时强降水个例分为地面辐合线型和无地面辐合线型两类,并着重对两类短时强降水天气的边界层气象要素演变特征进行分析,寻找短时强降水发生的预报信号。结果表明:根据铁塔气象要素变化基本无法预判无地面辐合线型强降水的发生;而铁塔气象要素变化对地面辐合线型短时强降水发生具有一定预报指示意义,地面辐合线型在强降水发生前1h,温度和位温减小,温度变率显著增大,最大达每分钟下降0.35℃;在强降水开始前3h,地面至325 m比湿增大,降水开始前20 min,比湿减小3.5g·kg~(-1);低空风切变在强降水开始前20min增大到"强烈"到"严重"程度,比湿跟低空风切变的提前量约为10～20min。因此,预报业务中关注铁塔气象要素及衍生物理量演变,对地面辐合线型短时强降水预报预警有一定指示意义。     

云南大理边界层风垂直变化观测研究

利用2008年3月云南大理风廓线雷达观测资料,分析其上空局地环流特征.通过对云南大理上空三维风场的分析发现当地受地形影响明显,600m以下午后至夜晚以西南风为主,出现下沉气流,风速较大,凌晨至中午以东南风为主,风速较小;600m以上主要是西南和西北风,风速较大.这说明影响该地区的环流高度为600m,表明该地区低层以山谷...     

河池边界层逆温现象变化特征及影响

利用河池近5a来GFE(L)型雷达探测的高空气象资料,对河池边界层逆温现象变化特征和强度进行分析,寻找河池边界层逆温现象的变化特征及规律,进而利用这些规律进一步阐述逆温现象对人民生活的影响以及如何减少逆温现象带来的危害。     

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。     

乌鲁木齐大气边界层结构的四季特征初探

利用乌鲁木齐市2011～2012年08时、20时L波段(1型)雷达探测的高空资料建立了乌鲁木齐大气边界层气象要素数据库,分析了乌鲁木齐边界层内气温、风向、风速和相对湿度的垂直分布及其时间变化特征。结果表明：边界层内温度廓线的日变化和季节变化比较显著,各月均有逆温出现,且08时较20时更易出现逆温,冬季08时逆温层厚度较厚且强度最大。边界层内夏、冬两季风速随高度变化波动较大,春、秋两季变化较小。近地层春、夏、秋三季08时盛行西南偏南风,冬季盛行偏东风和西南风;20时春季盛行东北风,夏秋盛行偏北风和西北风,冬季则盛行东风和东北偏东风。08时、20时风向均随高度的增加呈明显的向右偏转趋势,且日风向的变化具有明显的“山谷风”特点。08、20时的相对湿度冬季最大,夏季最小,且随高度增加,春、夏两季08、20时相对湿度的变化较大。     

蒙自地区冬季边界层逆温特征

采用云南省蒙自探空站2010年和2011年冬季的高分辨率探空资料,统计分析蒙自地区边界层逆温特征。结果表明：蒙自地区冬季边界层逆温出现的频率非常高,多出现2～3层的逆温结构。边界层逆温强度绝大部分不超过3℃,极值达到5℃。逆温厚度的变化范围较大,存在明显的早晚变化。逐日比较发现,逆温出现的时间和高度具有不规则性。     

边界层风廓线雷达对登陆台风观测适用性评估

利用2014—2019年6个台风合计34组数据,通过与机动式边界层风廓线雷达以及同点探空数据进行对比,分析风廓线雷达对登陆台风边界层结构诊断的适用性。初步分析表明：有30组数据完整度高于80%,且平均标准差为3.64 m·s-1,平均误差为4.67 m·s-1。30组数据中有19组数据的对比结果较好,均呈现风廓线雷达与探空廓线在250 m高度以上重合度较高、250 m高度以下重合度较低的特征,其原因可能与探空低层加速以及风廓线雷达低层受干扰有关。将250 m高度以下的数据剔除后和剔除前对比发现,数据质量得到提高。从空间分布看,低质量数据大多分布在台风中心距离观测点200 km及以外的区域,但较高质量数据相对于台风中心并无明显的倾向性分布。从降水分布看,未发现数据质量与降水关系明显。尽管使用的数据比较有限,但风廓线雷达在台风边界层结构观测中展现较好应用潜力。     

北京地区一次特大强风过程边界层结构的研究

利用北京325 m气象塔资料对1993年4月9日北京地区出现的一次特大强风过程的边界层结构（风、温、风切变及阵风特征）进行了分析。随着该次大风的过境，边界层内风场出现数个风速高值中心，高度位于200～300 m，时间间隔1～3 h。伴随上层风速垂直切变和阵风特性。湍流能谱的计算结果表明了大尺度涡旋对边界层湍流微结构的影响。     

北京城市重烟尘雾与水雾过程的边界层结构

分析1999年11月1日至12月20日北京城市雾综合性观测试验中5次雾过程的实测资料，对如何区分重烟尘雾与水雾过程给出了判定方法，并对重烟尘雾与水雾过程的边界层结构特征作了探讨。主要结论为：从能见度、相对湿度、长波辐射平衡3个方面可以区分重烟尘雾过程和水雾过程；由于重烟尘雾和水雾的物理化学性质差异很大，对城市大气边界层结构产生的影响也不同，因此造成它们在相对湿度逆温层、风速分布、水汽变化等方面也有很大差异。     

对流边界层中泡状结构的大涡模拟研究

本文提出“连续垂直运动区”的概念，对边界层中的对流泡状运动进行了重新定义。由此将对流边界层划分为上升泡区、下沉泡区和环境气流区，并利用大涡模拟提供的对流边界层数值模拟结果研究这种泡状运动的结构。研究结果较好地解释了一些有关泡状运动结构方面的似乎相互矛盾的观测事实，并揭示了对流泡状运动的一些新的特征。     

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.     

Development of the Convective Boundary Layer Capping with a Thick Neutral Layer in Badanjilin: Observations and Simulations

In this study,the development of a convective boundary layer (CBL) in the Badanjilin region was investigated by comparing the observation data of two cases.A deep neutral layer capped a CBL that occurred on 30 August 2009.This case was divided into five sublayers from the surface to higher atmospheric elevations:surface layer,mixed layer,inversion layer,neutral layer,and sub-inversion layer.The development process of the CBL was divided into three stages:S1,S2,and S3.This case was quite different from the development of the three-layer CBL observed on 31 August 2009 because the mixed layer of the five-layer CBL (CBL5) eroded the neutral layer during S2.The specific initial structure of the CBL5 was correlated to the synoptic background of atmosphere during nighttime.The three-stage development process of the CBL5 was confirmed by six simulations using National Center for Atmospheric Research (USA) large-eddy simulation (NCAR-LES),and some of its characteristics are presented in detail.     

北京城市化发展对大气边界层特性的影响

利用中国科学院大气物理研究所大气边界层物理与大气化学国家重点实验室的北京325 m气象塔1993年～2003年夏季 (7月～9月) 的观测资料, 统计分析了各年的风速与温度廓线分布特征。统计分析结果表明, 随着城市化的发展, 相对风速有逐年减小的趋势, 并且越靠近地面, 相对风速的减小越明显, 这反映了城市建筑对近地面层空气流动的摩擦作用。对风速廓线进行线性拟合得到风速随高度的垂直递增率, 发现无论是100 m以下的近地面层还是较高层, 风速的垂直递增率都随城市化发展存在逐年增大的趋势, 表明粗糙下垫面的影响已经向高层扩展。根据温度廓线计算了各年的温度垂直递减率, 发现其有增大的趋势, 这表明城市化发展对边界层热力结构同样有显著影响。本文还依据统计整理得到的近中性层结下的风速廓线资料, 利用莫宁-奥布霍夫相似理论计算了下垫面的空气动力学参数, 结果表明, 地表粗糙度、 零平面位移随着城市化发展皆有明显增加的趋势。同时, 分析了各空气动力学参数与平均风速及无量纲风速的关系。其中, 摩擦速度和平均风速二者基本成正相关, 且摩擦速度随平均风速的增大而增大的趋势越发明显。本文研究结果对研究城市化发展对区域大气边界层结构、 气候和环境影响有参考意义, 可为城市大气边界层模式和区域气候模式提供参数化依据。     

北京城区大气边界层高度的反演研究

采用北京市国家大气探测试验基地2017年5月1日至2019年8月31日的微波辐射计观测结果,通过位温气块法反演了该地区的大气边界层高度,统计其日变化和月际变化特征,并与相应的探空反演结果进行对比.结果表明:日间大气边界层高度的变化特征与日照时长对应关系很好.除热力作用外,边界层高度受地面风速的影响较大,近地面的较强大风...