京津冀地区低层局地大气环流的气候特征研究

本文采用2007-2016年的中尺度数值模拟结果和15个地面气象站观测资料,定义了局地风场表征风速,研究京津冀平原地区局地大气环流日变化的气候特征,并对区域大气污染及其输送的影响进行分析。此外,对2016年12月30日至2017年1月7日北京地区跨年大气重污染过程进行了个例分析。得到结论:京津冀平原地区低空风场变化是天气系统与局地大气环流共同作用的结果,山谷风环流致使太行山和燕山沿线平原地区大气边界层内的长年主导风向为偏北和偏南;太行山和燕山沿线地区山谷风环流本身呈顺时针旋转的日变化特征,夜间至早晨谷风转向山风,午后至夜间山风转向谷风;在午后谷风向山风转向期间,容易形成沿太行山东麓和燕山南麓、自南向东北的"弓形"气流输送通道,此气流输送通道在1月于21时左右形成,持续时间大约3 h,在7月于18时左右形成,持续时间可达9 h;冬季午后至晚间盛行谷风时,受山体的阻挡,污染物容易在山前累积,导致污染浓度增高;夏季同样的情况会发生在后半夜。     

天山北坡四工河流域6月山谷风特征分析

通过使用小气候自动观测仪对天山北坡四工河流域进行的对比观测分析,得出以下结论:山风平均风速大于谷风1ms/以上;谷风周期要明显长于山风周期;山谷风的转换期风向紊乱,风速较小,甚至表现为零;山谷风在强天气系统的背景下表现微乎其微;山谷风环流对保持山区的热量平衡具有重要的作用。     

基于地基与星载激光雷达技术的武夷山山谷风环流研究分析北大核心CSCD

山谷风是一种热力驱动产生的局地环流,武夷山市三面环山,中部为丘陵地带,使得该地常年盛行山谷风。基于地面气象观测站、边界层测风激光雷达及激光雷达卫星Aeolus数据研究了武夷山山谷风环流特征。结果表明,夏季出现山谷风日天数最多,山谷风日出现时大气日变化特征显著,表现为山风出现的时间段,以偏北风为主,风速较小,低空激光雷达回波信号较强,气流运动以下沉为主,垂直方向上形成环流圈;谷风阶段,以偏南风为主,较山风阶段风速有所增强,低空激光雷达回波信号减弱,以上升气流为主;激光雷达数据融合的风廓线可见,武夷山非山谷风日常出现在对流层中低层盛行偏南风的天气形势下,偏南风将水汽输送至当地,使得当地低空被较厚云层覆盖或出现降水过程,从而削弱了山地与谷地的热力差异,局地环流被打破,山谷风环流无法形成。     

2008年秋季从化山谷风观测研究

利用2008年10月15日—11月16日在广州从化获得的基线小球测风资料,分析研究了秋季从化山谷风的特征。研究表明:从化山谷风主要出现在系统风速小于1.5 m/s,谷风出现时间为10:00—18:00,山风强度比谷风强度大;山谷风厚度大致为300 m,回流出现高度在300～700 m;山谷风转换期间,静小风频率较高;系统风与山谷风方向相反时,山谷风高度内多为静小风。冷锋过境时不会出现山谷风。     

复杂地形下局地山谷风环流的理想数值模拟

利用计算流体力学手段,结合基于气象站观测事实并理想化的初始条件,对重庆复杂地形下局地山谷风环流进行高精度数值模拟,探讨因复杂地形而导致的热力差异对山谷风环流形成的影响。结果表明,仅仅由地形高低起伏导致的热力差异能够在局地形成山谷风环流。在白天,受太阳辐射作用,山坡升温幅度比山谷明显,在同一海拔处形成温度差异,形成谷风环流。理想的谷风在山脊两侧坡度较大的近地面最为明显,风速可达0. 15 m·s~(-1),但在山坡和山谷地势较为平坦的区域则不显著。在凌晨,山谷的保温作用明显,且山坡辐射冷却较强,故产生由山坡吹向山谷的山风环流。模拟的山风特征与谷风基本一致,但强度稍小(0. 1 m·s~(-1)),方向相反。扩大山坡与山谷热力差异的敏感性试验表明,白天的谷风环流能明显增强,近地面全风速可达0. 4 m·s~(-1),且对应的垂直速度以及边界层高度均有所增加;但晚上山风环流的增强则不明显。     

大理苍山—洱海局地环流的数值模拟

利用耦合了湖泊模型的WRF_CLM模式模拟了秋季大理苍山—洱海地区的局地环流特征。结果表明:模式对近地面温度、风向、风速的模拟与观测基本一致,模拟结果能较好地再现该地区山谷风和湖陆风相互作用的局地环流特征。在秋季,大理苍山的谷风起止时间为08:00~17:00(北京时,下同),湖风起止时间为09:00~19:00。局地环流受高山地形及洱海湖面影响明显,山谷风形成早于湖陆风1 h,夜间山风、陆风强盛于白天谷风、湖风。白天苍山谷风与洱海湖风的叠加作用会驱动谷风到达2600 m的高度,而傍晚最先形成的苍山山风则会减弱洱海的湖风环流。夜间盆地南部在两侧山风、陆风的共同作用下,形成稳定而持续的气旋式环流。日出以后,对流边界层迅速发展,边界层高度逐渐增高。陆地17:00温度达到最高,边界层高度也达到峰值2000 m,之后逐渐降低。日落后形成稳定边界层,边界层高度在夜间基本保持在100 m。相对于陆地,湖面白天边界层高度低300 m,夜间边界层高度高100 m。     

2022北京冬季奥运会冬季两项赛场山谷风现象初探

基于2019年1—3月张家口站探空资料与张家口市崇礼区B1638、B1640区域自动站的每小时2分钟平均风向、2分钟平均风速、整点气温及系留气艇探空资料分析第24届冬奥会冬季两项赛场的山谷风特征，为冬奥会天气预报提供参考。结果表明：环境风场较弱时，冬季两项赛场中存在山谷风现象，白天多上坡风及上谷风，夜间多下坡风及下谷风；山谷风系统一天具有两次风向的转变，下谷风转上谷风一般在日出后，而上谷风转下谷风一般在日落后；山谷风系统强度较弱，具有明显日变化，白天偏大而夜间偏小，并且受盛行西风影响明显；风向转变时，会伴随剧烈的气温升降，其原因与冷湖结构密切相关；对山谷风的预报需要综合考虑环境风场强弱、风向的转换时间、风速的分布、风向转换时气温的变化等。     

白鹤滩水电站峡谷地形区的风特征研究

位居世界第二大的白鹤滩水电站地处金沙江下游峡谷区,频繁的大风给水电站建设和运行带来了严重影响。掌握水电站坝区大风变化规律,评估峡谷地形对风速的作用,有利于基于周围风场监测和预警峡谷区大风。根据水电站及周边观测资料,对坝区风的变化特征和峡谷地形作用进行了分析。(1)峡谷区最高频率的风向和最大平均风速的风向均为顺着峡谷的偏南风或偏北风,且偏北风频率达55%以上,峡谷锁定了流经气流。(2)坝区大风多发生在干季11月—次年5月,且夜间至清晨大风频率比日间高。干季峡谷风效应强,尤其在19时—次日08时。雨季峡谷风效应降低,局地山谷风增强,表现为山风比谷风持续时间长,08时和18时是山风和谷风交替时间。对应干季和夜晚大风频繁,说明峡谷风效应是影响大风的关键因子。(3)通过狭管效应分析马脖子和葫芦口大桥两个站之间的风速关系,表明峡谷地形使马脖子站风速加强为葫芦口大桥站的1.27倍。利用多种拟合方法建立的两站风速关系表明,当葫芦口大桥站为5m·s-1以下低风速,各方法都难以拟合峡谷区的风速,当风速在5.0～11.5m·s-1时,狭管效应对风速拟合最优,准确率超过70%,对11.5m·s-1以上强风速,多项式拟合效果较优,准确率接近65%。     

辽宁省夏季降水的日变化特征

文章利用辽宁省25个气象观测站1961—2008年夏季6—8月的逐时降水自记资料,分析了辽宁省夏季降水日变化的基本特征。发现：降水日变化特征地域性较强,沿海站与内陆站存在差异。总体来说,沿海站降水量的最大值基本出现在午前04-08时,内陆站点则呈双峰值的形式,峰值分别出现在午前和午后,午后1 4—20时为降水量最大值出现的时间;降水频次的日变化特征和降水量基本相同;持续时间长的降水多在午前达到峰值,持续时间短的降水多在午后达到峰值;沿海站点午前的降水峰值区基本是由持续时间在6 h以上的长时间降水造成,内陆站点午后最大降水峰值则为持续时间6 h以内的短时降水,这与内陆下午对流能量强相适应。研究表明,降水日变化的存在能够影响到降水预报的评分。     

延庆-张家口地区复杂地形冬季山谷风特征分析

基于2016年12月—2017年2月和2017年12月—2018年2月两年冬季的近地面自动气象站逐时观测数据以及张家口探空数据分析延庆-张家口一带（包括张家口崇礼、赤城、海坨、小五台山区,延怀、怀涿、洋河、蔚县盆地以及北京延庆、昌平、怀柔部分平原地区）复杂地形的风场精细化时、空分布特征,揭示不同复杂地形下局地风场的时、空变化规律,加深对复杂地形动力、热力作用对近地面风场影响的认识,为冬季山区风场预报以及复杂地形数值模式改进提供参考。结果表明:晴朗小风天风持续性作为矢量平均风速和标量平均风速的比值,可以作为研究风场变化规律的重要参数。根据风持续性的日变化特征,可以将研究区域内所有站点分为10种类型,分别代表不同局地地形特征的影响,风持续与风向变化的相关也很强。研究区域主要有3种类型的地形风:斜坡风、峡谷风以及较大尺度的山区平原风。不同地形特征下的风场、风持续性存在明显不同的日变化特征,山风和谷风相互转化的时间也不同,山区最早,盆地次之,平原区最晚;山风时段持续时间较谷风时段长,风速小;晴朗小风天实测风反映了实际风场的特征,而排除环境背景风场,弱化地形动力作用后整个冬季的局地风作为理论山谷风,更能反映热力作用下的山谷风特征。      

Interaction of secondary circulations with the summer monsoon and diurnal rainfall over Hong Kong

A complete yearly record (1988) of surface measurements is used to examine the atmospheric diurnal secondary circulations over the entire area of Hong Kong in conjunction with spatial and temporal variations of surface temperature, wind speed and rainfall. Evidence of atmospheric diurnal secondary circulations is found at 10 sites. The occurrence of a summer morning rainfall maximum over the coast results from the interaction of the large-scale summer monsoon and local mesoscale secondary circulations. The afternoon onshore secondary circulation accelerates the advection of warm, humid unstable air and, coupled with the upward orographic lifting, produces enhanced rainfall along windward mountain ridges.Dynamical and scaling considerations suggest that the blocking effect is negligible and the primary forcing mechanism is land-sea temperature difference, but terrain effects are also important. Although the secondary circulation system's strength and timing vary, the circulation behaves like a classic sea-land breeze circulation, complicated by superimposed mountain-valley breezes.     

STATISTICAL CHARACTERISTICS AND NUMERICAL SIMULATION OF SEA LAND BREEZES IN HAINAN ISLAND

The sea-land breeze circulation （SLBC） occurs regularly at coastal locations and influences the local weather and climate significantly. In this study, based on the observed surface wind in 9 conventional meteorological stations of Hainan Island, the frequency of sea-land breeze （SLB） is studied to depict the diurnal and seasonal variations. The statistics indicated that there is a monthly average of 12.2 SLB days and an occurrence frequency of about 40%, with the maximum frequency （49%） in summer and the minimum frequency （29%） in autumn. SLB frequencies （41%） are comparable in winter and spring. A higher frequency of SLB is present in the southern and central mountains due to the enhancement effect of the mountain-valley breeze. Due to the synoptic wind the number of SLB days in the northern hilly area is less than in other areas. Moreover, the WRF model, adopted to simulate the SLBC over the island for all seasons, performs reasonably well reproducing the phenomenon, evolution and mechanism of SLBC. Chiefly affected by the difference of temperature between sea and land, the SLBC varies in coverage and intensity with the seasons and reaches the greatest intensity in summer. The typical depth is about 2.5 km for sea breeze circulation and about 1.5 km for land breeze circulation. A strong convergence zone with severe ascending motion appears on the line parallel to the major axis of the island, penetrating 60 to 100 km inland. This type of weak sea breeze convergence zone in winter is north-south oriented. The features of SLBC in spring are similar both to that in summer with southerly wind and to that in winter with easterly wind. The coverage and intensity of SLBC in autumn is the weakest and confined to the southwest edge of the central mountainous area. The land breeze is inherently very weak and easily affected by the topography and weather. The coverage and intensity of the land breeze convergence line is significantly less than those of the sea breeze. The orographic forcing of the cen     

中国地区山谷风研究进展

随着城市化的发展,越来越多的城市建立在山区附近或山谷之中。受地理环境和气象条件等因素影响,各地山谷风特征各不相同。山谷风对局地风场、气候特征有着重要作用,与逆温和污染物浓度变化也具有良好相关。本文从山谷风研究的主要手段—观测、理论和数值模拟出发,重点回顾了国内山谷风研究成果,并讨论了与其他中尺度环流(海陆风、湖陆风、城市热岛、植被风、冰川风环流)的相互作用,以及包括山谷风在内的山地环流对大气污染的影响。最后对国内研究进展进行总结,并提出了一些还需深入研究和探讨的问题。     

多云天气下海南岛地形对局地海风环流结构影响的数值模拟

采用WRF中尺度天气预报模式,针对海南岛多云天气条件下的一次典型海风个例,对局地海风环流结构进行数值模拟,分析海风环流的演变特征,并通过设计改变海南岛地形的敏感性试验,探究地形对海南岛局地海风环流结构以及云水分布的影响。结果表明:海岛西部陡峭的山区造成海风强迫抬升,偏南背景风使得海岛北部高空回流明显,海岛西部、北部的海风结构较为完整;地形高度越高,海岛南部山区的阻挡作用越强,西部地区的海风高空回流特征越显著,西部、西北部云水混合比的位置也越深入内陆;受南海季风的影响,与晴空天气相比,多云天气下海风强盛期全岛的最大风速稍大,海风在垂直方向上达到的高度更高;移平地形后,多云天气下全岛风速平均仅减少2~3 m·s^-1,而晴空天气下全岛风速则大大减弱,即多云天气下海风环流水平结构受地形的影响比晴空天气下弱。     

2019年冬季北京海陀山局地环流特征及机理分析

海陀山作为北京冬(残)奥会的主要室外赛场之一,其复杂的地形对风场的精细化预报提出了严峻的挑战,亟需开展加密的风场观测提高对复杂地形下局地环流特征及其影响机理的认识,并为提升赛区精细化预报与服务提供数据支撑.基于2019年度海陀山观测试验,利用加密自动气象站、激光测风雷达、涡动相关仪、云高仪等多源数据,对海陀山风场的水平...     

多云天气下海南岛海风环流结构的数值模拟

利用WRF-Noah耦合中尺度模式对海南岛2012年7月5日的多云海风个例进行三维高分辨率数值模拟,重点分析多云天气条件下复杂地形区域的海风环流结构及其演变特征。通过观测资料与模拟结果的对比发现,WRF模式能够合理地模拟出岛屿四周的海风演变特征。与少云海风日相似,多云海风日中全岛海风于12时开始形成,15时海风发展最为强盛,影响范围最广,18时全岛海风的辐合程度最强,海风辐合区是主要的潜在降水区域。对比山区与平坦地区的海风环流发现,山区海风环流强盛期为13—18时,而平坦地区海风环流强盛期为15—18时。复杂的山地对海风环流结构有直接和间接的影响:一方面在山地地形动力阻挡和抬升作用下,海风环流变得更加清晰完整,间接延长了海风环流的维持时间;另一方面局地地形热力作用形成的谷风环流与海风几乎同时产生和消亡,两者汇合后,谷风的瞬间加强会引起海风锋锋消,瞬间减弱会引起海风锋锋生;两者同相叠加会使得海风环流结构更加完整。相比之下,平坦地区的海风受到的地形动力和热力作用小,海风水平分布比较规则,海风环流垂直结构的变化主要取决于不同方向海风之间的相互作用。     

日照沿海海陆风的气候特点及其对天气的影响

使用近海海温资料和莒县站、日照站气象资料,用对比分析的方法分析了日照地区沿海海陆风的气候特征及对当地天气的影响。发现海陆风明显的季节变化和日变化对当地气温、降水、湿度及天空状况等气象要素的空间和时间分布影响显著。海风强盛季节的午后和陆风强盛季节的早上,沿海的温度梯度常具有海风锋和海岸锋的特征,使沿海地区低云和雷暴天气明显增多,降水分布具有明显的海陆风和地形影响特征。     

福建省干旱概况及夏旱期间人工增雨条件分析

对福建省干旱的成因和干旱的环流形势进行了探讨,着重分析了夏旱期间人工增雨作业的天气形势、云状、回波特征及云顶温度等条件,结果表明福建省干旱的形成与大型环流形势、地形、地貌及土壤植被条件有关;平均而言,闽东南沿海干旱多于内陆地区;西太平洋副热带高压是夏季致旱的主要天气系统;夏季,西风槽前型、台风外围影响型、副热带辐合带型是进行人工增雨作业的有利天气形势,Sc、Cb、Cu云都有一定的人工增雨作业条件,其中降水时长1～5 h,过程雨量1.0～5.0 mm的云是旱季作业比较适合的作业云.这些结果为开展人工增雨作业提供理论依据,达到解除或缓解干旱的目的.     

三峡坛子岭单点地面矢量风分析

利用UVW三轴风速仪三峡坛子岭单点地面风观测资料分析了三峡坝区地面风速量值、风向风速出现频率分布、风的日变化规律等，并根据这些观测资料、结合一些地形风理论知识和观测现象推测了三峡坛子岭附近地面风平面流场特征，从而揭示了河道地形回流风这一特殊小地形下的局地风现象。三峡坛子岭附近地面的这种回流风尺度在百米到千米量级，与由于地形热力因子引起的山地风不同，是由于小地形的动力作用引起的，其风向与长江河道引导的山地风相反。