九华山区地形逆温对天气变化的前兆作用

九华山受山区下垫面影响,升温期间温度的垂直分布有时出现山上温度大于山下的异常现象,即地形逆温。通过山区不同高度上温度的垂直对比以及其日变化特征分析,表明：山区地形逆温现象总是在升温期间出现的,并以日最低气温要素垂直分布的异常特征最为明显（与日平均气温、最高气温比较）;最低气温出现的逆温具有明显季节性特征;山区日最低气温垂直分布出现的地形逆温对天气变化有很好的前兆作用：升温期间有地形逆温出现,消失后必会降温,降温期间必有降水和复杂天气出现;而且形成“地形逆温”的时间和幅度与后来的降温持续时间、降温幅度及天气都有一定的对应关系。因此,在山区复杂地形中分析气温的时空变化特征,对于气温变化的分区预报和天气转变的预测都有很好的前兆作用。     

MODIS反照率产品在模拟北京气温中的应用

地表反照率是制约地表能量收支平衡的基本因子,其变化会影响气温和降水等气象要素,进而影响区域乃至全球的气候。文中使用WRF模式,设计两组反照率敏感试验,探讨地表反照率参数对近地面2处气温模拟精度的影响。结果表明:(1)当北京地区地表反照率增大(减小)0.05时,气温相应降低(升高)0.1～0.5 K,气温变化从城区到郊区有一个明显的降幅,感热通量和潜热通量也相应减小(增大),且变幅主要为0～13 W/m2;(2)将控制试验和MODIS反照率敏感试验模拟结果与实况对比分析发现,两种试验的模拟结果偏低,但应用卫星反照率产品后,气温升高约0.2～0.7 K,更接近实际,即应用MODIS反照率产品替换WRF模式中原有反照率能进一步提高气温的模拟精度。     

2016年1月低温事件的季节内振荡特征

利用NECP/DOE逐日再分析资料,分析了2016年1月发生在我国南方的持续低温事件。结果表明,此次过程存在明显的季节内振荡特征,其中准双周振荡为气温变化的主要模态。此次低温事件之所以达到寒潮级别,是由于天气尺度变化与10~20 d气温准双周振荡处于相同的降温变化过程中。准双周尺度的冷中心与天气尺度冷中心均从中高纬度向低纬地区传播,并在我国南方汇合,从而引起持续性的低温。通过诊断温度局地变化方程发现,此次天气过程中,温度平流项和绝热变化项是近地层局地温度降低的主要原因。天气尺度气温变化与10~20 d低频振荡对持续降温都有较大贡献,天气尺度降温略大于低频降温。     

土地利用资料的更新对四川盆地高温天气数值模拟的影响

土地利用情况影响区域天气和气候,采用与实况更为接近的下垫面资料能够为数值预报提供有力支撑。使用中尺度数值模式WRF对2019年8月四川盆地高温过程进行数值模拟试验,对比基于2019年更新的MODIS土地利用数据与WRF自带土地利用资料的差异,分析下垫面资料的更新对数值模拟效果的影响。结果表明：两组土地利用资料存在明显差异,更新后的MODIS资料刻画更为精细,模拟区域的土地利用类型更加丰富。2 m气温对土地利用资料十分敏感,更新土地利用资料后两次个例平均的2 m气温2℃以内的模拟准确率提高6.2%,日最高气温模拟准确率提高31.3%;而日最低气温模拟准确率下降2.1%。土地利用资料变化明显的四川盆地内部较更新前增温明显,局部增温超过4℃,最高气温模拟偏低的状况明显改善。选取四川盆地内部地表类型由农田转为城市和建筑的合川站作为典型站点进行分析,发现土地利用类型更新后发射率减小,植被气孔阻抗增大,粗糙度增大,陆面参数的变化导致地表对边界层大气向上的感热输送增加,地表蒸发及大气水分供应减少,气温升高,边界层高度升高。模拟初期土地利用资料的更新造成模拟差异的局地性较强,随着模拟时间增加,逐渐影响...     

不同下垫面数据和城市冠层参数化方案对江苏气温影响的个例分析

利用中尺度数值模式WRF,分别选用新旧两种下垫面资料和不同城市冠层模型设计试验,以江苏一次秋末高温天气个例(2014年11月20—21日)为背景,研究城市化进程对气温的影响和可能机制。将模式结果与江苏国家气象观测站和地面加密区域自动站观测资料进行对比,并分析3组试验结果发现:(1)采用BEP城市方案对2 m气温、2 m相对湿度和10 m风速等物理量的日变化模拟最优。(2)相比USGS数据,MODIS较新地表覆盖变化数据能更真实反映研究区域当前地表类型分布情况,且能提高近地面风温湿要素空间分布的模拟。(3)分析不同试验模拟的地表能量平衡过程差异,发现相比UCM单层城市冠层方案,BEP多层城市冠层方案在白天能更好模拟出城市地区的温度升高以及相对应的地表感热通量和地面热通量的增加。     

南京地区太阳能屋顶缓解夏季高温的模拟研究

太阳能屋顶的安装预计能在一定程度上缓解城市化带来的能源危机及对城市热环境的破坏。利用耦合了城市单层冠层方案（UCM）的WRF模式,以南京2010年7月27日至8月5日夏季晴天微风天气为背景,模拟了不同发电效率的太阳能屋顶的安装对城市高温的缓解效应。结果表明:（1）太阳能屋顶可以通过削弱到达城市表面的太阳辐射使城市2 m高气温降低,随着发电效率的提高,降温效果更明显,且白天降温效果明显优于夜间;白天2 m高气温最大降低0.4-1.3℃,夜间降低0.2-0.5℃。（2）太阳能屋顶可使边界层内气温降低,白天在边界层400 m以下降温显著,夜间在边界层高度200 m以下降温显著;白天边界层内最大降温出现在中午前后,降温0.1-0.8℃,夜间边界层内最大降温0.5℃。（3）发电效率为40%时,模拟期间的发电量为18.1×109 kW·h。      

2016年1月京津冀地区连续性寒潮事件对比分析

2016年1月京津冀地区在相隔较短的时间内连续出现2次寒潮天气,利用NCEP/NCAR再分析资料、常规观测资料和卫星云图,综合对比2次寒潮过程中的环流形势、前期回暖、冷平流、海平面气压及下沉运动等。结果表明:(1)寒潮Ⅰ主要影响京津冀北部及河北中部和南部的部分地区,以降温为主;寒潮Ⅱ的影响范围更广、强度更大,京津冀大部分地区出现明显降温和大风天气。(2)前期回暖、横槽转竖南压是2次寒潮天气的共同点,但寒潮Ⅱ的影响程度更大,主要原因为:①冷空气南下过程中有南支槽接应时,气流的经向度加大、偏北分量增强,能够快速引导冷空气主体大举向南爆发;②地面强冷高压形成较强的气压梯度和温度梯度,造成明显的梯度风;③下沉气流核所到达的高度越接近地面、持续时间越长,造成大风和降温的程度越剧烈。(3)寒潮天气过程中,气温变化若仅受单一冷平流作用的影响,最高气温和最低气温的降幅区域会比较接近;当云覆盖的影响增强时,会出现最高气温和最低气温降幅区域差异较大的情况。     

高分辨率WRF模式中土壤湿度扰动对短期高温天气模拟影响的个例研究

本文利用WRFV3.6中尺度预报模式就土壤湿度扰动对2003年7月22~23日和29~30日短期高温天气过程的影响进行了高分辨率模拟研究。结果表明:(1)WRF模式地表气温对土壤湿度扰动有较强的敏感性,且随着土壤湿度的增加(减小)而降低(升高)。同时,模式中土壤湿度对地面气温影响的强度对模式分辨率具有较高的依赖性。(2)不同模式分辨率下气温随土壤湿度变化的规律一致;由于更高分辨率的地形资料的应用,提高分辨率可在较大程度上改善模拟效果。(3)不同土壤湿度试验模拟的地表感热、潜热通量可直接影响气温变化;(4)土壤湿度扰动通过间接影响高温发展的近地层各物理过程使得地表气温发生变化。这些过程中,对流(平流)过程在全天表现为增温(冷却)的作用,强度在白天均随土壤湿度的减小而增加。在较干的土壤条件下,非绝热增温在白天的主导地位加强;在夜间,非绝热冷却的强度减弱,且小于占据主导的对流绝热增温的强度。以上结果表明,在模拟和预报高温天气时土壤湿度非常重要,也意味着通过土壤湿度扰动的集合预报方法来改进模式高温模拟预报具有较大的潜力。     

气象上寒潮天气两种不同统计方法的探讨

文章使用多伦县2001—2010年寒潮天气统计资料,分析了当地寒潮变化特征,通过对寒潮统计两种不同方法从降温特征、大气环流特征及地表覆盖几个方面进行分析,得出如下结论:按日最低气温降温幅度统计寒潮天气出现次数明显多于按日平均气温降温幅度统计寒潮天气出现的次数,尤其在初冬和冬末季节日最低气温变化比日平均气温变化幅度更加剧烈。     

气象参数对人体舒适度的影响研究

为研究气象参数对人体舒适度的影响,用慕尼黑人体热量平衡模型(MEMI)分析了南京舒适感的概率分布、年际、月际变化以及气象参数和生理等效温度(PET)的相互关系。结果表明:各舒适感觉出现的频率差别较大,在年际分布上有波动,月际分布上很不均匀。PET随温度线性增加,在多云天气1m/s风速时增幅最大;PET和平均辐射温度之间也是线性增加关系,温度较高时增幅大;PET随着风速的增加呈现先快后慢的非线性减小关系,低温时降幅明显,高温阴天时降幅最小;相对湿度在高温时可使PET显著增加。     

基于CFD模型的内陆核电厂厂区流场模拟

以内陆某核电厂为例,简述了利用流体力学软件STAR-CCM+模拟内陆核电厂厂区流场及大型自然通风冷却塔雾羽扩散的实现原理,介绍如何将SolidWorks2010建立的核电厂厂区模型导入到STAR-CCM+,给出了STAR-CCM+划分网格的过程,说明了边界层划分的基本假定条件和参数。将STAR-CCM+模拟的数据与风洞实验数据进行了比较,结果显示了较好的一致性。结果表明：在离地面5m的高度处,大型自然通风冷却塔背风面形成较大的空腔区,空腔区风速较小,只有1-1.5 m/s,部分区域达到静风;在冷却塔两侧风速相比入口速度增大了1.66倍;在离开地面100 m的高空,冷却塔背风面的空腔区依然比较明显,冷却塔两侧风速相比入口风速,其变化趋于平稳;在沿主导风向的轴线上,冷却塔两侧风的扰动依次加强;单台冷却塔雾羽最大的抬升高度出现在下风向距离3300 m处,最大抬升高度为690 m,4台冷却塔雾羽在下风向距离3300 m的抬升高度约为850 m,是单台冷却塔的1.23倍。     

Numerical Study on the Impact of Ground Heating and Ambient Wind Speed on Flow Fields in Street Canyons

The impact of ground heating on flow fields in street canyons under different ambient wind speed conditions was studied based on numerical methods.A series of numerical tests were performed,and three factors including height-to-width(H/W) ratio,ambient wind speed and ground heating intensity were taken into account.Three types of street canyon with H/W ratios of 0.5,1.0 and 2.0,respectively,were used in the simulation and seven speed values ranging from 0.0 to 3.0 m s 1 were set for the ambient wind speed.The ground heating intensity,which was defined as the difference between the ground temperature and air temperature,ranged from 10 to 40 K with an increase of 10 K in the tests.The results showed that under calm conditions,ground heating could induce circulation with a wind speed of around 1.0 m s 1,which is enough to disperse pollutants in a street canyon.It was also found that an ambient wind speed threshold may exist for street canyons with a fixed H/W ratio.When ambient wind speed was lower than the threshold identified in this study,the impact of the thermal effect on the flow field was obvious,and there existed a multi-vortex flow pattern in the street canyon.When the ambient wind speed was higher than the threshold,the circulation pattern was basically determined by dynamic effects.The tests on the impact of heating intensity showed that a higher ground heating intensity could strengthen the vortical flow within the street canyon,which would help improve pollutant diffusion capability in street canyons.     

江西一次大雾天气诊断分析和ECMWF集合预报产品释用

利用常规气象资料,对2013年11月15日出现在江西省北部地区的一次大雾天气过程进行了诊断分析,并利用ECMWF集合预报产品对该大雾天气过程的预报进行了解释应用。诊断结果表明,该次大雾天气过程是一次典型的辐射雾。14日傍晚到夜间,江西省北部地区转处冷高压控制,阴转晴,冷空气和地面辐射共同造成的冷却作用明显;大雾发生时的逆温层高度大约在981 hPa;1—3 m/s的风速有利于形成较厚的冷却层;地面相对湿度大,水汽充足。通过对ECMWF集合预报的气温、地面湿度、地面风速和天空总云量预报产品的释用,可以在大雾出现的前日判断出江西省西北部地区同时满足辐射雾出现4个条件(水汽、晴空辐射冷却、微风、近地层的稳定层结)的概率最大,因此出现大雾的可能性最大;江西其他地区不能同时满足4个条件,出现大雾天气的可能性很小。随着对集合预报产品的不断深入挖掘,可以进一步提高集合预报对大雾等灾害性天气的预报能力。     

塔克拉玛干沙漠腹地沙尘暴过境时近地层风速、温度和湿度廓线特征

利用塔中80m梯度观测塔探测系统采集的资料,详细的分析了2006年4月10日沙尘暴过境时,塔克拉玛干沙漠腹地近地层风速、温度和湿度廓线的演变特征。结果表明:风速廓线满足风速值随高度增高而增大,风速梯度随高度增高而减小的对数律关系;沙尘暴由爆发前到过境时,温度廓线的温度值由随高度增高而增大转变为温度值随高度增高而减小,同时在贴地层2m处存在一微弱拐点;沙尘暴过境时,近地层大气出现微弱逆湿现象,并在不同高度上存在多处拐点,比湿增减在时间上与风速的增减呈负相关性,且整个沙尘暴天气是一个降温增湿的过程。     

边界层方案对华北低层O3垂直分布模拟的影响

利用WRF-Chem模式,采用3种边界层参数化方案 (YSU, MYJ和ACM2),针对1个晴空、静稳日 (2013年8月26日20:00—27日20:00(北京时)) 进行模拟,着重分析不同边界层参数化方案对夜间残留层形成及日出前后O₃浓度垂直分布形式的模拟效果,并与固城站地面及垂直同步观测资料进行对比。结果表明:3种边界层参数化方案均能够模拟出温度及风速的区域分布形式以及风温垂直结构的变化特征;相比之下,MYJ方案模拟的夜间边界层高度较YSU方案和ACM2方案明显偏高,该对比结果可能是导致近地面污染物浓度模拟差异的重要原因;在夜间稳定层结至日出后稳定状态打破的边界层结构演变过程中,采用YSU方案和ACM2方案模拟的温度和风速垂直扩线形式与观测结果更为接近;同样采用非局地闭合的YSU方案和同时考虑局地和非局地闭合的ACM2方案,对于边界层高度内O₃浓度垂直分布形式的模拟效果具有明显优势。     

Effects of Sea-Surface Waves and Ocean Spray on Air-Sea Momentum Fluxes

The effects of sea-surface waves and ocean spray on the marine atmospheric boundary layer(MABL) at different wind speeds and wave ages were investigated. An MABL model was developed that introduces a wave-induced component and spray force to the total surface stress. The theoretical model solution was determined assuming the eddy viscosity coefficient varied linearly with height above the sea surface. The wave-induced component was evaluated using a directional wave spectrum and growth rate. Spray force was described using interactions between ocean-spray droplets and wind-velocity shear. Wind profiles and sea-surface drag coefficients were calculated for low to high wind speeds for wind-generated sea at different wave ages to examine surface-wave and ocean-spray effects on MABL momentum distribution. The theoretical solutions were compared with model solutions neglecting wave-induced stress and/or spray stress. Surface waves strongly affected near-surface wind profiles and sea-surface drag coefficients at low to moderate wind speeds. Drag coefficients and near-surface wind speeds were lower for young than for old waves. At high wind speeds, ocean-spray droplets produced by wind-tearing breaking-wave crests affected the MABL strongly in comparison with surface waves, implying that wave age affects the MABL only negligibly. Low drag coefficients at high wind caused by ocean-spray production increased turbulent stress in the sea-spray generation layer, accelerating near-sea-surface wind. Comparing the analytical drag coefficient values with laboratory measurements and field observations indicated that surface waves and ocean spray significantly affect the MABL at different wind speeds and wave ages.     

对流层低层偏东风对北京局地暴雨的作用

本文利用风廓线仪、地面自动站观测资料及NCAR/NCEP 1°×1°分析资料等,对北京地区两次局地暴雨天气过程的对流层低层偏东风进行了对比分析研究,重点分析了浅薄和深厚两次偏东风的形成机制、偏东风的垂直结构特征和温、湿特性,以及偏东风在北京局地暴雨中的作用等。主要结论如下:(1)浅薄偏东风活动在距地面高度500 m 以下,水平尺度约250 km,时间尺度约12 h, 地面风速平均约1 m/s;深厚偏东风活动在距地面高度3000 m 以下,水平尺度大于600 km,持续时间大于24 h,地面风速平均约4 m/s。(2)浅薄偏东风由边界层内浅薄的次天气尺度暖性低涡引起,深厚偏东风由天气尺度地面暖性低压倒槽的发展引起。(3)偏东风具有高相当位温的属性,其源地是北京东部或东南部的暖湿气团;在暖湿偏东风上方800～600 hPa 存在干冷空气活动,形成了有利的对流不稳定层结;浅薄偏东风暖湿能量的局地集中特征更为显著,而深厚偏东风在水汽和能量的持续输送方面,以及与500 hPa 偏西风形成较强的、有利于强对流风暴发展的低层垂直风切变方面作用更为显著。(4)浅薄偏东风在时间和空间上与近地面层辐合中心对应较好,与中高空辐散有较好配合,动力作用明显,直接起到了对流风暴的触发机制作用;深厚偏东风与辐合中心对应较差,与垂直运动及上层辐散也没有很好的配合,与对流风暴的触发没有直接的关系。但是深厚偏东风在对流层低层对应厚达3000 m 的潮湿空气层,削弱了雨滴下落过程中产生的蒸发降温作用,有利于对流的发展和维持。     

General motors sulfate dispersion experiment

The mean wind field and the wind fluctuations observed near a controlled, heavily traveled level roadway were investigated. The mean wind field was studied in terms of velocity defects relative to the ambient mean wind. The wind fluctuations were studied in terms of energy spectra, velocity cross-spectra, excesses of velocity variances and cross-covariances over their ambient values. Two-point cross-spectra and correlations were also used to study the propagation of wind fluctuations. The influence of traffic on the ambient wind field extended vertically up to at least 4.5m above ground, and horizontally to at least 30 m downwind of the road. The vertical extension was more gradual at high cross-road winds than at low cross-road winds. The wind tended to move up as it approached the road and down as it left the road, except when the cross-road wind was low, where the downward motion was reduced or reversed. This is likely due to the buoyancy effect of the heated exhaust. The traffic effects propagated outward at about 1 m s^-1. Thus at cross-road winds of less than 1 ms^-1, the influence of traffic could be observed upwind of the road. When intense shear existed between the local wind field and an opposing traffic direction, large turbulent energy production resulted, generating large eddies, in additions to the high frequency (> 0.1 Hz) eddies generated by vehicular motions in the absence of intense shear. The large eddies also increased the mixing volume, so that when the ambient wind opposed the traffic direction on the upwind lanes, the pollutant concentration upwind of the road could be higher than that downwind. While the cross-covariance excesses generally agreed with the gradient transport assumption, disagreements also existed, which may not be surprising in view of the participation of large eddies in the momentum transport.     

珠峰地区大气边界层结构的一次观测研究

利用2005年8月31日~9月5日中国科学院珠穆朗玛峰综合观测研究站的LAP3000风廓线仪的观测资料,分析了该地区气温日变化和大气边界层风廓线结构。结果表明,该地区1500 m以下大气边界层主要受高原山地地形及珠峰地区冰川环境的影响,冰川风可能是引起观测期间下午强风天气的主要原因;1500 m以上高空受西风气流影响程度增大,但东南风仍占有一定比例。     

水体对气温观测影响的试验分析

2011年项目组设计了浙江省大型水体观测试验方案,选择较大水体,在其上、下风方向特定距离处布设自动气象站,同步观测各站气温,研究气温受水体影响的量化规律。结果表明,水体对周边陆地有白天降温、夜间增温效应,且离水体越近,这种效应越明显;夜间升温效应比白天降温效应显著,3—5月白天降温效应比1—2月明显;在一天中正午的降温影响最大;2km2的水域对下风向100m范围内温度观测有明显影响,100m以远影响不明显。该研究对量化水体影响的范围和量值进行了有益的探索,为气象站科学选址提供了依据。