涡度相关仪倾斜订正方法的比较及应用

利用973暴雨项目2002年在安徽肥西观测的涡度相关资料,针对目前涡度相关法中存在的仪器倾斜误差问题,采用两种倾斜订正方法计算湍流参数并进行对比分析.结果表明,三次坐标轴旋转倾斜订正方法和平面拟合方法均可以对仪器倾斜引起的误差进行坐标旋转订正,有效剔除仪器倾斜引起的侧向应力的影响,以及仪彝倾斜时水平方向风速引起的虚假湍流通量,提高了湍流通量的计算精度.两种倾斜订正方法各有一定适用条倬,平面拟合方法优于三次坐标轴旋转倾斜订正方法.     

不同平均时间对LOPEX10资料涡动相关湍流通量计算结果影响的探讨

通过处理涡动相关系统观测的近地层湍流脉动量可以获取地—气间感热和潜热通量,然而选择不同平均时间对通量计算的结果有较大影响。采用黄土高原陆面过程野外观测试验（LOPEX10）期间获得的涡动相关系统观测资料,分析了不同平均时间对湍流通量计算的影响,并采用雷诺平均和分解方法推导了平均时间引起的通量差值的数学表达式（Flux Compensation,FC）。结果表明：（1）FC公式可以说明采用不同平均时间数据之间的关系,也可以直接计算低频涡旋对湍流通量的贡献。FC公式计算的结果与直接计算的不同平均时间通量计算之差的相关系数在0.95以上,并可以确定计算湍流通量的最佳平均时间。（2）通过采用Ogive函数确定了计算LOPEX10期间通量的最佳平均时间长度为30min,印证了利用雷诺平均和分解方法计算湍流通量补偿的准确性。（3）通过进一步的数学变换,证明了平均时间对湍流通量计算的影响直接与湍流低频变化相关,FC公式可以用来确定涡动相关观测数据的最佳平均时间,并且在获得较高时间分辨率的湍流通量数据的同时,补偿因平均时间过短而遗漏的低频信息。     

基于EEMD-CES的单站地面气温资料质量控制方法研究

为了去除或减少我国地面气温观测资料中含有的噪声成分,提高观测资料质量,提出了一种新的单站质量控制算法。该算法融合了集合经验模态分解法(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)和三次指数平滑法(Cubic Exponential Smooth,CES)。利用EEMD方法将气温观测资料分解为一系列相对平稳的本征模分量,并基于能量密度和相关性准则从中分析筛选出目标分量,以完成资料重构;利用CES方法对重构资料建立单站质量控制模型,形成了一种基于EEMD-CES的地面观测资料质量控制算法。为检验该方法的可行性与适用性,选取2008年全国9个观测站地面逐时气温观测资料进行质量控制,并对比传统的单站质量控制法、经验模态分解法和三次指数平滑法的质量控制效果。试验结果表明,基于EEMD-CES的质量控制方法能有效地标记出数据的可疑值,相比传统方法,具有更高的检错率和更强的适应性。     

用规则四方矩阵网格资料分析等值线的一种方法

介绍用规则四方矩阵网格资料绘制等值线,实现天气形势检索的思路方法。一是利用成图规则构造顶点绘制不规则点的平滑曲线;二是采用“三象限扫描法”追踪网格各等值点。结果与手绘图一致,线条流畅、准确,响应较快,对于开发自已的软件工具有一定的借鉴意义。     

地面气象资料省级质量控制人机审核方法分析

介绍地面月气候资料省级质量控制方法,分析了山东省地面月气候资料的质量控制信息及质量控制结果。应用省级质量控制方法中的自动控制技术和人机交互式技术,对疑误数据进行详细的人工分析、判断和修改,为进一步加强省级质量控制积累经验。     

两种面向数值同化的风廓线雷达资料质量控制方法比较分析北大核心

本文利用2018年2月2—11日福建9部CFL-06风廓线雷达小时风场与ECMWF模式背景再分析资料观测增量数据,首先制定了基于迭代加权最小协方差行列式(IRMCD)和双权重标准差(BSD)方法在处理观测增量数据时获得最优参数的判定指标峰偏值KS,然后对两种方法在处理风场离群值的性能和特性上展开比较分析。结果表明:总体上来说,两种方法在判定风廓线雷达风场数据的离群值都具有良好的效果,但是从波形指标、统计指标、概率密度分布、Q-Q图上看IRMCD比BSD方法能判定更多的离群值,各项指标都更接近于正态分布;从散点分布上看,IRMCD方法获得的非离群值的分布近似“椭圆形”特征,BSD方法获得的非离群值分布近似“方形”特征,同时BSD方法在判定离群值的“方形”四个角中存在一定量的误判,这是由各自机理所决定的,IRMCD方法能够同时处理二维向量并具有防止假阳性误判的机制,而BSD方法在处理二维向量时只能分别进行判定离群值;在风羽图的分析中也能看出IRMCD方法能够有效剔除与实际大气不合理的高低空风。因此,IRMCD方法更适合应用于循环数值同化的风廓线雷达水平风质量控制。     

高频探空温度和风速的质量控制方法研究

针对中国高分辨率探空资料,本文提出了一种计算气候学界限值的方法以满足业务中对资料进行质量控制的需求.首先在垂直方向上将整个大气划分为64层,将落在每层范围内的观测数据都收集到一起进行排序并计算百分位,在此基础上通过比较不同百分位廓线值来获得气候学界限值.除了业务台站,本文还使用了TIPEX-Ⅲ的探空数据来验证本方法在科...     

用于气候分析的树木年轮密度资料获取方法与质量控制

通过结合气象行业标准《树木年轮气候研究树轮采样规范》(QX／T 90—2008)和DENDRO 2003树轮密度分析系统的多年使用经验,将树木年轮密度资料采集划分为树轮样本采集、样本处理、数据获取、数据交叉定年、树轮密度年表研制5个步骤。通过对密度资料采集过程中各个步骤的讨论,希望可以为将来制订规范的树轮密度资料采集技术方法提供参考。     

用于气候分析的树轮宽度资料获取技术方法与质量控制

结合气象行业标准《树木年轮气候研究树轮采样规范》（QX/T 90-2008）和树木年轮气候研究多年的实践经验,将树木年轮宽度气候分析中的树木年轮宽度资料采集步骤划分为野外采样、样本预处理、数据获取、数据交叉定年和年表研制。通过对树轮宽度资料采集过程中各个步骤及其质量控制的介绍,希望能为开展树木年轮宽度气候研究提供参考。     

用于气候分析的树木年轮灰度资料获取方法与质量控制

结合野外采样和使用WinDENDROTM树轮图像分析系统的经验,将树木年轮灰度资料的获取分为野外采样、样本预处理、获取树轮灰度资料、数据格式转换、存储树轮灰度资料、交叉定年、建立树轮灰度年表、气候分析等8个步骤,并对其中的各个环节及质量控制进行了阐述。为日后开展的树轮灰度资料获取工作提供参考。     

Surface turbulent flux measurements over the Loess Plateau for a semi-arid climate change study

In order to provide high quality data for climate change studies, the data quality of turbulent flux measurements at the station of SACOL (Semi-Arid Climate & Environment Observatory of Lanzhou University), which is located on a semi-arid grassland over the Loess Plateau in China, has been analyzed in detail. The effects of different procedures of the flux corrections on CO₂, momentum, and latent and sensible heat fluxes were assessed. The result showed that coordinate rotation has a great influence on the momentum flux but little on scalar fluxes. For coordinate rotation using the planar fit method, different regression planes should be determined for different wind direction sectors due to the heterogeneous nature of the ground surface. Sonic temperature correction decreased the sensible heat flux by about 9%, while WPL correction (correction for density fluctuations) increased the latent heat flux by about 10%. WPL correction is also particularly important for CO₂ fluxes. Other procedures of flux corrections, such as the time delay correction and frequency response correction, do not significantly influence the turbulent fluxes. Furthermore, quality tests on stationarity and turbulence development conditions were discussed. Parameterizations of integral turbulent characteristics (ITC) were tested and a specific parameterization scheme was provided for SACOL. The ITC test on turbulence development conditions was suggested to be applied only for the vertical velocity. The combined results of the quality tests showed that about 62%–65% of the total data were of high quality for the latent heat flux and CO₂ flux, and as much as about 76% for the sensible heat flux. For the momentum flux, however, only about 35% of the data were of high quality.     

近山盆地湍流通量的研究及热通量几种计算方法的比较

利用山西省神头１９８８年９－１０月间采集的大气野外测试资料，计算了摩擦速度，特征温度，湍流动量通量。用两种不同的方法计算了湍流热通量。并按稳定度进行了分类统计和做了采样各天的热通量日变化分析。     

长江三角洲常熟地区近地层湍流特征的研究

利用1999年5－9月长江三角洲常熟地区的湍流脉动观测资料，分析了该地区感热，潜热和动量通量的日变化以及湍流强度和湍流谱特征，结果表明：该地区各能量的日变化与常见情况相同，白天潜热通量的输送占主导地位，感热通量比潜热小得多，且湍流的日变化与天气的关系非常密切，晴天比阴天要大得多。湍流强度和湍流谱的分析结果表明，在近中性条件下，常熟地区各方向湍流强度接近典型平坦下垫面的值。非中性条件下，垂直方向规一化标准差与稳定度的关系都较好地满足1／3次幂定律，水平方向没有垂直方向上的规律好，特别是稳定条件下，数据点分散性大；各风速分量变在高频段满足理论上的－2／3次幂定律，纵向和垂直方向速度谱的峰值频率与典型平坦下垫面上的结果一致，总体输送系数CD，CH与稳定度的关系密切，随稳定度增加有减小的趋势。     

城市近地层湍流通量及CO2通量变化特征

利用北京325m气象塔47m高度上2006年全年连续观测获得的湍流资料,分析了北京城市近地层动量通量、感热通量、潜热通量和CO2通量的典型日变化、月平均日变化和季节变化特征。分析结果显示:动量通量具有明显的单波峰日变化特征,在15时(北京时间)左右达到最大,季节变化中春季最大,冬季次之,夏、秋季最小;感热通量和潜热通量全年变化范围分别为-92～389W.m-2和-75～376W.m-2,其日变化也表现为单波峰特征。感热通量的日变化受城市下垫面和人为热源影响,入夜后虽然降为负值,但只略小于0。阴雨天感热通量和潜热通量均很小,降雨前后有明显区别。感热和潜热最大值分别在春季3月和夏季6月,最小值都在冬季1月;城市下垫面CO2通量总表现为正值,即净排放,最大值为3.88mg.m-2.s-1,不稳定情况下最小值小于-2mg.m-2.s-1。受到人类活动的影响,CO2通量的日变化特征在工作日与周末有明显区别;由于冬季采暖,CO2通量明显大于夏季;在夜间,CO2通量受进城车辆的影响也出现高值。     

半干旱区不同下垫面近地层湍流通量特征分析

本文分析了2003～2005年半干旱区退化草地和农田下垫面近地层湍流通量日、季、年的变化特征, 探讨了不同年份的气候背景和下垫面土地覆被对地气交换过程的影响。结果表明: 半干旱区退化草地和农田近地层湍流通量具有明显的日变化、季变化周期; 地气间通量交换年际间的差异主要受当年的气候背景影响, 尤其是降水的影响; 同时还受到下垫面覆被的影响。潜热通量和感热通量的能量分配比率呈反位相变化, 且农田和退化草地的变化趋势相似, 在夏季潜热通量所占比例均超过感热通量; 两种下垫面的波恩比月均值变化趋势十分相似, 量级接近, 夏季低, 春、秋季高; 夏季退化草地和农田下垫面波恩比均小于或等于1。     

高温和台风影响下的苏州城市粗糙子层湍流通量特征

利用苏州地区2011 年12月20 日-2012年8 月13 日的湍流观测资料对不同季节、高温、台风强天气过程下的湍流特征进行分析.结果表明:城市地区不同季节动量通量、感热通量、潜热通量日变化明显,各通量的夏季平均值、最大值均高于冬春季,夏季感热通量日最大值为160.2 W·m-2,感热在城市地表能量平衡中的作用大于潜...     

北京北郊冬季大风过程湍流通量演变特征的分析研究

利用中国科学院大气物理研究所325 m气象观测塔1993年12月～1994年1月大气边界层实验资料, 计算分析了大风过境过程中47 m和120 m高度湍流通量演变特征及其影响因子, 以及与风速、 稳定度等参数的关系。结果表明: 大风过程对近地面层的物质能量输送有着重要影响, 大风之前出现短时间动量上传和热量下传; 大风过程中的湍流通量数值明显高于过境后, 水平方向湍流通量数值和能量增加幅度大于垂直方向; 当风速大于临界值5 m/s时, 湍流通量与风速、 湍流动能的相关迅速增大; 湍流谱特征表现为湍流能量的低频部分增加、 湍流谱曲线变宽; 大风能强烈影响近地面层的能量收支。     

稻麦轮作农田近地层湍流通量计算方案对比研究

稻麦轮作农田是我国典型农田类型,其模拟效果对我国农田气候模拟具有重要参考价值。气候中尺度模拟结果对近地层通量极为敏感,选择合适的通量计算方案对模拟效果至关重要。因此,对比分析稻麦轮作农田下不同的通量计算方案具有重要意义。本文选取了8种具有代表性的近地层湍流通量计算方案,采用寿县国家气候观象台实测资料对比分析了各方案在稻麦轮作农田的计算特征和差异。结果表明,在不同稳定度和不同风速情况下,各方案的误差特征各异。本文基于归一化标准差综合评价了各方案的准确度,总体而言,所有方案的动量通量总体平均归一化平均差为0.536,其中SS14(Sharan和Srivastava,2014年)方案最大为0.575,SS20(Sharan和Srivastava等,2020年)方案最小为0.517;所有方案的感热通量总体平均归一化标准差为0.638,其中GLGS20(Gryanik等,2020年)方案最大为0.871,SS14方案最小为0.476。此外,本研究还给出了稻麦轮作农田不同稳定层结和不同风速情况下各通量计算方案的误差特征。本文的研究结论,可为准确计算近地层湍流通量提供支撑。     

北京地区一次强沙尘天气过程的中尺度通量特征

应用大气所325 m铁塔的湍流资料和梯度资料,对2003年3月20～23日影响北京的一次强沙尘天气过程的中尺度通量和湍流通量进行了分析,结果表明:冷空气的影响是从上层开始的.沙尘爆发前,边界层有强逆温存在,动量以中尺度输送为主,湍流很弱.沙尘爆发时,向下的湍流动量通量明显加大.湍流动量通量是沙尘沉降的主要原因,但沙尘爆发前的中尺度过程不能忽略.沙尘爆发前后,感热通量均以小尺度的湍流输送为主,中尺度输送不明显.