我国草原下垫面低层大气湍流结构

利用超声风速仪资料分析了科尔沁草原下垫面低层大气的湍流谱结构，无量纲化湍流速度分量及温度脉动的标准偏差，和湍流通量与稳定度参数的关系。结果表明，草原下垫面低层大气湍流速度谱，在较宽的稳定度范围内， 符合Kolmogorov 相似理论，在惯性副区接近局地各向同性，无量纲化湍流速度分量及温度脉动的标准偏差服从A(1-Bζ)1/3和A(-ζ)-1/3规律， 湍流热通量与稳定度参数ζ存在较好的相关性。     

大气边界层湍流标量场的概率分布及其特征分析

利用2004年11月在白洋淀地区和2005年1月在中国科学院大气物理研究所北京325 m气象塔的47 m高度由超声风温仪和水汽二氧化碳分析仪观测的湍流脉动资料,分析了大气边界层不同下垫面湍流标量场(温度、水汽和二氧化碳)的概率分布及其特征.标量场的概率分布通常不同于高斯分布,而且还会产生偏斜,可以用指数分布描述.因此,标量的偏斜度通常不为0,陡峭度也往往比3大.非0偏斜度的出现可能是由湍流时间序列中的相干结构和间歇性部分造成的.其中,相干结构的存在使概率分布偏斜,但是,它们对偏斜度的贡献相对较小,而与概率分布的长尾现象有关的间歇性则会使偏斜度大大增加.温度、水汽和二氧化碳的平均偏斜度和陡峭度反应了标量场与稳定度、下垫面、天气条件、源汇等因素之间的关系.在不同下垫面,温度和感热通量的偏斜度随稳定度变化比较一致;水汽通量的偏斜度在稳定和不稳定条件下都为正,而水汽本身在不稳定条件下可能出现负的偏斜度;二氧化碳和二氧化碳通量的偏斜度受下垫面影响很大,在不同下垫面,偏斜度与稳定度之间的关系并不一致;而3个标量的陡峭度随稳定度的变化不显著,它们与相应的偏斜度之间存在平方关系.     

试探大气边界层湍流运动的若干问题

对湍流运动的几个基本理论问题作了一定程度的探讨，并根据湍流动能方程分析了大气边界层湍流产生和发展的能量机制，以此为判据推导了滴运动的凡主范围和物理含意较为清楚的混合长表达式。     

Hilbert方法在大气边界层湍流特征分析中的有效性

介绍一种新的建立在经验模态分解(EMD)方法基础上的非线性、非平稳数据分析技术一Hilbert分析技术,并首次将其应用于大气边界层(PBL)湍流数据的分析,初步探讨了其在PBL湍流研究中的有效性.通过对城市与森林冠层上湍流资料的能量分布特征和统计平稳度进行分析、比较,结果表明:Hilbert谱分析能有效地对PBL湍流信号进行分析.它的边缘谱分析能够有效地探测PBL湍流信号的能量分布特征,统计平稳度分析也能有效地给出PBL湍流信号平稳性的定量化测量,这些将有助于建立合适的数据质量控制方法,以及对现有空气质量与扩散模式中扩散参数的计算加以改进.文中个例分析中,城市和森林冠层上空的湍流有一定相似性,湍流混合都比较充分,但森林冠层上湍流信号的能量更多地集中在大尺度湍涡,且扰动风速的高频部分具有更强的间歇性.对于相近高度的湍流信号来说,多数情况下,森林冠层上相同尺度的湍涡表现得比城市冠层上更不稳定,但湍涡的含能量要更低.     

大气边界层湍流涡旋结构的小波分解

利用离散正交小波在若干物理判别准则下对边界层湍流脉动信号进行去噪和多尺度分解,从而有效地区分出均匀各向同性小涡成份和大尺度含能涡旋成份。能谱分析发现,小涡的谱动力学行为具有非常好的标度不变性,标度关系满足Kolmogorov的“-5／3”律。       

重庆冬季大气边界层湍流扩散能力的初步研究

本文利用1989年12月16日至1990年1月14日在重庆市用三轴风速仪所测得到的三轴风速资料，分别计算了有风、静风、有雾时的大气扩散参数， 以及无雾有风条件下的湍流强度。文中对有风时、静风时、有雾时的扩散参数作了比较和研究，对无雾有风时的湍流强度作了分析。从而有助于了解重庆在有风、 静风或有雾时边界层内湍流扩散能力的大小。     

局地环流与大气边界层湍流相互作用的数值研究

本文建立了一个二维定常大气中尺度数值模式，并用该模式讨论了由下垫面粗糙分布非均匀（局地动力强迫）和温度分布非均匀（局地热力强迫）而产生的局地大气环流与大气边界层湍流的相互作用。结果指出：下垫面存在温度分布非均匀时运动方程中的湍流交换项与水平气压梯项一样可促使局地热力环境的形成，由粗糙度分布非均匀强迫产生的局地环流与由下垫面温度分布非均匀强迫产和的局地热力环流间的非线笥相互作用是通过湍流交换实现的。     

不同天气条件下城郊近地层湍流谱的研究

利用１９９０年夏季天津市郊观测塔三分量风资料，研究了正常天气和天气过程中近地面湍流谱的一些特征。结果表明，正常天气时，城郊的湍流谱和平坦地形的基本一致，而有天气过程时，湍流谱反映出一些特殊性。文章还讨论了出现这些特殊性的可能原因。     

城市地表湍流观测数据的后处理及质量控制

涡动相关仪基于其观测原理,要求观测仪器所在地表平坦均匀,并要求湍流平稳及充分发展等.为了准确合理的运用观测数据,必须对原始数据进行严格的后处理及质量控制,城市复杂非均匀下垫面上的湍流观测数据进行后处理及质量控制更为重要.本文对2010年7月25日-8月5日架设在南京市委党校33 m高度上的涡动相关观测数据进行了包括野点的剔除、坐标旋转修正、WPL修正以及夜里静稳条件下的修正等后处理及质量控制.结果表明:由于观测期间天气状况较好,本次观测的数据质量相对较好,从而野点值剔除,对地表感热和潜热通量测量结果影响甚微.使用二次坐标旋转及平面拟合方法的结果对通量影响较为一致.而且,为了潜热和CO2通量数据的准确性,空气密度效应订正是必须的.本文观测数据基于夏季城市下垫面,所有时次湍流呈现不稳定层结,经过WPL订正,CO2通量增幅为6.5％,潜热通量增幅为12％;观测期间风速不大,主要风频方向上观测点附近无明显高大建筑,且观测点位置较高,σu,v,w/u*与-z/L基本上满足1/3次方律.经湍流平稳性IST检验,感热及动量通量质量较好.     

Characteristics of urban boundary layer in heavy haze process based on Beijing 325m tower data

2015年11月24日至2015年12月2日北京市经历了一次严重的雾霾污染过程。本文利用这次过程期间北京325米气象塔的观测资料,对重污染天气条件下的边界层风场、温度场、湿度场和湍流特征进行了分析研究。本次污染过程并未发布红色预警,但是实际的污染形势被低估了,本文也对低估原因进行了分析。结果表明:北京地区这次污染过程主要是由偏东风和偏南风引起的,11月29日高层(280米)风速增加而低层(15m)风速并未增加,且次日高层风速大幅减小,导致了对于这次污染形势的低估。风速、湍动动能和摩擦速度与PM2.5浓度呈反相关关系。在晴天,风速随高度的增加而显著增加,但在污染严重的时期,风速从近地层到塔顶的变化不是很大。湍流动能从近地层到铁塔高层的变化并不是很明显。雾霾过程通常伴随有逆温层的出现,边界层内温度的日变化很小。在严重污染时,相对湿度接近100%,此时感热通量和水汽通量也都减小,湍流活动受到抑制,湍流活动强度的减弱又会进一步加重污染形势。     

The Theoretical Model of Atmospheric Turbulence Spectrum in Surface Layer

It is shown that the slope of energy spectrum obtained from the velocity solution of Kdv-Burgers equation lies between -5/3 and -2 in the dilogarithmic coordinates paper. The spectrum is very close to one of Kolmogorov’s isotropic turbulence and Frisch’s intermittent turbulence in inertial region. In this paper, the Kdv-Burgers equation to describe atmospheric boundary layer turbulence is obtained. In the equation, the 1 / Re, corresponds to dissipative coefficient v, to dispersive coefficient β, then (v/ 2β)2 corresponds to .We prove that the wave number corresponding to maximum energy spectrum decreases with the decrease of stability (i.e., the increase of in eddy-containing region. And the spectrim amplitude decreases with the increase of (i.e., the decrease of stability). These results are consistent with actual turbulence spectrum of atmospheric surface layer from turbulence data.     

Characteristics of intermittent turbulence in the upper stable boundary layer over Greenland

The experiment IGLOS (Investigation of the Greenland Boundary Layer Over Summit) was conducted in June and July 2002 in the central plateau of the Greenland inland ice. The German research aircraft Polar2, equipped with the turbulence measurement system Meteopod, was used to investigate turbulence and radiation flux profiles near research station “Summit Camp”. Aircraft measurements are combined with measurements of radiation fluxes and turbulent quantities made from a 50 m tower at Summit Camp operated by Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) Zürich. During all six flight missions, well-developed stable boundary layers were found. Even in high-wind conditions, the surface inversion thickness did not exceed roughly 100 m. The turbulent height of the stable boundary layer (SBL) was found to be much smaller than the surface inversion thickness. Above the surface layer, significant turbulent fluxes occurred only intermittently in intervals on the order of a few kilometres. Turbulent event fraction in the upper SBL shows the same dependence on gradient Richardson number as reported for near-surface measurements. Clear-air longwave radiation divergence was always found to contribute significantly to the SBL heat budget. In low-wind cases, radiative cooling even turned out to be dominant.     

大气边界层高度确定及应用研究进展

大气边界层高度是表征边界层特征的重要参量,影响边界层内水热、物质、能量的垂直分布,也是数值模拟、环境评估中的重要参数。从湍流运动、热力作用、动力作用以及物质分布等多视角总结了大气边界层高度的定义及确定方法,回顾了采用直接观测手段和遥感手段确定大气边界层高度的不同方法,对比了大气边界层高度不同获取手段的优缺点,梳理了大气边界层高度参数化方案,探讨了大气边界层高度确定中存在的问题,并提出未来相关研究和应用可能突破方向。     

希尔伯特-黄变换技术及在边界层湍流研究中的应用

大气边界层中的湍流运动可以视为由许多不同时空尺度的湍涡叠加形成的,谱分析方法可以将这些不同尺度的涡旋分离开来。在介绍希尔伯特-黄变换（HHT）的基础上,选取2011年4月16日00—01时（北京时）、05—06时、12—13时不同时段的大气湍流观测数据,采用希尔伯特-黄变换技术分析了内蒙古科尔沁沙地地区的谱分布特征,得到的各内在模函数对应的中心瞬时频率可以表现出不同尺度上的湍流波动,其中,包含周期为3—5和10—13 min的阵风和重力内波,并在希尔伯特边际谱中体现。三维希尔伯特谱分布表明湍流能量多集中在频率小于0.5 Hz的低频段;大气湍流脉动较强的时段,其内在模函数和希尔伯特谱也对应着较大的能量。对比传统的快速傅里叶变换（FFT）方法,希尔伯特-黄变换可以更清晰地表现出湍流的频谱分布。     

2018年春季北京一次沙尘天气边界层特征及来源分析

2018年3月27—28日,内蒙古中东部、中国东北地区、华北等地出现一次大范围沙尘天气.28日凌晨,沙尘进入北京,受此影响北京出现了严重的污染天气.本文利用中国气象局地面常规观测资料、气溶胶激光雷达、风廓线雷达资料、生态环境部大气成分等资料分析了北京沙尘天气前后边界层特征、沙尘来源以及沙尘天气前后大气污染特征.结果表明...     

成都地区大气边界层逆温特征分析

针对污染气象条件对大气环境影响的问题,利用2010—2012年成都地区探空资料的温度数据,系统研究了成都地区逆温的结构及分布特征。结果表明:2010—2012年成都地区整体以贴地逆温出现频率最高、厚度最大及强度最强,其次为低悬逆温和高悬逆温。不同类型逆温出现的频率、厚度及强度也存在一定的季节差异,贴地逆温春季出现频率最高,厚度最大,其他各季差异不显著;冬季逆温最强,夏季最弱。3类逆温的日变化明显,08时逆温出现的频率和厚度普遍大于20时,且08时逆温强度大于20时。分析成都地区大气边界层逆温层特征,对了解成都地区污染物扩散规律具有重要的意义。     

论大气边界层的局地相似性

本文利用日本气象厅研究所在筑波市213m气象塔1983年观测的湍流资料验证了大气边界层的局地相似性,求出了相似性函数的经验常数.进一步建立了局地湍流统计量同近地面层和边界层顶湍流通量之间的关系.     

天津市郊大气边界层湍谱特征分析

用１９９０年７月在天津市郊的观测资料，计算了风速谱、温度谱及动量和热量通量的协谱。结果表明，市郊下垫面上的大气湍流谱特征与平坦地形上得到的典型结果基本一致，但满足各向同性的湍流尺度似乎比在平坦地形上的略大，谱的峰值频率区域略窄，谱的低频区（含能区）特征与平坦地形上的情况也不同。