珠峰北坡绒布河谷局地环流的模拟分析

对珠峰北坡绒布河谷地区大气观测实验发现,绒布河谷中地面气流存在明显的日变化,但有别于其它地区的山谷风系统:在凌晨至正午前后基本为＜2m·s-1的小风,而午后至午夜则盛行来自珠峰方向的偏南下山风.由于珠峰北坡地区地形复杂,绒布河谷中地面气流的日变化可能是山谷风、坡风与冰川风等环流系统共同作用的结果.为了分析绒布河谷中风场日变化的主要驱动因子,本文利用一个中尺度气象模式对绒布河谷中典型风场进行了模拟,并借助观测资料对模拟结果进行了检验,进而对风场的时空分布特征及其变化原因进行了探讨.     

珠穆朗玛峰北坡绒布河谷地面风特征的初步分析

2006年5～6月, "2006珠峰野外观测实验"在青藏高原珠穆朗玛峰(简称珠峰)北坡绒布河谷中进行,沿河谷设立了3个站点,对河谷中的大气环流状况、热力和辐射状况等进行了观测.利用绒布河谷中平均地面风场资料,研究了该河谷中地面风场的日变化结构特征.结果表明,珠峰北坡绒布河谷中地面风场存在明显的日变化,自上午12:00(北京时间)左右至午夜该河谷地区为来自珠峰方向的偏南风控制,该风场日变化与普通山区的山谷风环流日变化存在很大差别.从3个站点风场日变化来看,偏南风首先在河谷南部开始,然后沿河谷向北发展.沿河谷轴线方向不同地点风场日变化有较大差异:偏南风出现时间随距珠峰的距离依次滞后,距珠峰最近的站点观测到的偏南风最大且持续时间最长,而距离珠峰最远的站点偏南风最弱且持续时间最短,甚至出现长时间的偏北风.研究表明,由于珠峰北坡地区地形复杂,地形高度落差大,地表状况分布不均,因此绒布河谷中的主导风是山谷风、坡风以及冰川风等多种局地风系统耦合的结果.     

珠穆朗玛峰北坡地区河谷局地环流特征观测分析

利用中国科学院珠穆朗玛峰大气与环境综合观测研究站的大气边界层塔站数据分析了珠峰北面一处河谷中局地环流的日变化特征.发现该河谷中的局地环流主要受山谷风和冰川风的影响,后者自影响主要集中在下午和傍晚,冰川风强度较大,地面最大风速达到10 m·s-1.冰川风开始出现的时间通常是气温达到一天中最高的时刻,这表明冰川风气流温度较低,带来了降温.另外,对空气湿度变化的分析中也能发现冰川风气流的影响.     

HEST2007珠峰北坡风廓线观测研究

为了研究青藏高原南部喜马拉雅山区局地大气环流系统,继2006年HEST2006大气科学实验之后,2007年中国科学院大气物理研究所和中国科学院青藏高原研究所在珠穆朗玛峰北坡实施HEST2007综合观测.本文使用该观测实验中LAP-3000风廓线仪获得的绒布河谷内三维风场观测资料,并结合地面辐射资料,分析研究了该地区观测期间局地大气环流的日变化和逐日变化过程.研究表明,该地区局地环流系统,特别是沿河谷的轴向风,与其上空西风环流间存在非常紧密的联系,这种联系似乎与不同天气条件下喜马拉雅山区的大气辐射状况有关,即高层西风环流较强的阶段,地面辐射较强,激发出的局地环流也较强,反之亦然.     

冰雪对珠峰北坡绒布河谷局地环流影响的数值试验

利用RAMS中尺度模式对珠峰北坡绒布河谷地区的局地环流进行了数值模拟,包括控制试验和敏感试验.观测结果表明,珠峰北坡绒布河谷地区午后盛行来自珠峰方向的偏南风,这与其他山区的山谷风日变化存在显著差异.与观测结果比较;模拟结果(控制试验)能够较好地再现绒布河谷中的偏南主导气流.模拟结果(敏感试验)还显示,在去除高大山体的冰雪下垫面后,绒布河谷地区下午仍可存在偏南气流,但偏南风出现时间明显滞后,此时该气流来自珠峰南坡的强劲偏南谷风气流.因此,我们认为珠峰北坡的冰雪表面对绒布河谷地区盛行的偏南气流存在很大影响,但热力驱动的山谷风环流也是维持该地区强烈下泄流的主要原因.     

南亚夏季风对珠穆朗玛峰北坡地面风场的影响

喜马拉雅山区毗邻南亚季风区,其陡峭的地形和复杂的地表状态在强烈太阳辐射条件下形成了特殊的局地环流系统.为了正确理解该环流系统与南亚天气气候过程的可能关联,本文利用HEST2006珠穆朗玛峰绒布河谷强化实验期间获得的2006年5～6月的地面观测资料和实时的大气环流资料,对该地区地面风场与南亚夏季风的关系进行了研究.研究表明,南亚夏季风间歇期,喜马拉雅山区以晴空天气为主,太阳辐射强烈,绒布河谷地区地面盛行沿河谷方向的偏南下行气流;南亚夏季风强盛期,喜马拉雅山区多为云雨天气,太阳辐射减弱,地面风场强度明显减弱.结果表明,喜马拉雅山地区山谷内部的地面环流系统几乎不受其高层大气环流的影响,而与太阳辐射通量及南亚夏季风指数关系密切.因此,我们认为南亚夏季风对喜马拉雅山区地面环流的影响,主要是通过改变该地区的大气热力和辐射状况完成的.     

北京地区局地环流观测分析

应用2008—2015年逐时自动气象站观测资料,分析了北京地区局地风场的分布特点及季节性变化。结果表明:(1)北京地区局地风场受山谷风和城市热岛环流的共同影响,风速主要沿地形梯度分布。西部、北部高海拔山地风速较大,平原地带风速相对较小。平均而言,东西方向的局地风强度约为0.16m·s~(-1),南北方向的局地风强度约为0.07m·s~(-1)。(2)局地风速在季节分布上以夏季为最大,冬季为最小。其日变化为双峰型结构,于每日09及16时左右达到峰值区。(3)局地风速的u、v分量在正(负)距平的维持时长、日振幅值上存在较明显的差异。低层风场在午后到前半夜以东南风为主,后半夜开始到正午前则以西北风为主。     

珠峰北坡绒布河谷地面风场变化的比较研究

利用2007年6月强化观测实验期间获得的大气观测资料和同时期的NCEP/NCAR大尺度再分析资料,结合2006年同期的分析结果,进一步研究了珠峰北坡绒布河谷地区的地面风场状况及其对南亚夏季风的响应,并与2006年的结果进行了比较.结果表明,2007年6月绒布河谷地区的风场也存在强弱变化,其逐日变化也与南亚夏季风指数有一定关系:在绒布河谷弱风期间,南亚夏季风强盛,在孟加拉湾和阿拉伯海地区形成的强烈涡旋可以把暖湿气流向西北方向输送,从而在河谷地区形成温度和湿度高值;在局地强风期间,南亚夏季风季风指数变化较大,此时绒布河谷地区的风场变化对季风的响应很小,可能主要为大气热力驱动.比较2006年和2007年的观测结果表明,南亚夏季风可以通过改变局地辐射和热力状况的改变而影响珠峰北坡绒布河谷地区地面环流的变化,但其影响程度随季风的强弱可能有所不同.     

珠峰绒布河谷近地面层气象要素及湍流通量变化

利用2006年5～6月和2007年5～6月中国科学院HEST大气科学实验在珠峰绒布寺河谷野外观测期间获得的观测资料,分析了珠峰地区河谷近地层风向、风速、温度、湿度和CO2的日变化特征,讨论了珠峰北坡冰川风和山谷风的特点以及高原地表辐射、地表反照率和近地层湍流通量的变化特征.结果表明:在复杂地形和特殊下垫面影响下,珠峰绒布河谷地区近地面层各个气象要素和湍流通量日变化特征显著,并且明显存在冰川风和山谷风复合的局地环流,冰川风对该地区地气间物质能量交换起着重要作用.     

复杂地形下三维局地环流的模拟研究

利用复杂地形上的三维雾模式研究了重庆市冬季局地环流的形成，演变过程及其主要特征。结果表明，重庆市冬季夜间四周山区有下坡冷空气向市中区汇集，中午前后逐渐向谷风环流转变。这种局地环流结构以重庆雾的生消起着重要作用。     

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。     

珠峰北坡绒布河谷大气物质交换的观测研究

利用2006年6月中国科学院HEST大气科学实验珠峰北坡观测期间获得的风廓线雷达资料,对沿河谷横截面方向的大气体积(质量)通量进行了估算,分别计算了6月(6月1～30日)、强风(6月9～21日)和弱风期间(6月22～30日)3个时期的平均体积通量.研究表明,大气体积通量日变化随高度分布在不同期间存在一定的差异:在6月平均和强风期间,河谷截面内总体积通量均为正值,即大气物质由南向北流出河谷;在弱风期间,总体积通量在早上有较小的负值,其他时间为正值.山谷中盛行的复合下泄流体积通量相当大,平均日总量可达6.3×1011m3,强、弱风期间的体积通量相差很大,就日总体积交换量而言,后者为前者的53%.     

1975年以来珠峰北坡地区水环境变化研究

喜马拉雅山高大的山体和特殊的局地环流系统大大加强了该地区地面环境与区域尺度乃至全球大气过程的联系.本文采用1975年以来珠峰北坡绒布河水样品,对该地区30年来水环境变化过程进行研究.对绒布河水中12种化学元素含量的研究结果表明,珠峰北坡地区的水环境受到全球大气环境事件的影响,同时也受到该地区逐渐增加的人类活动的影响.1992年中东石油大火排放的污染物使得珠峰地区绒布河水中的12种化学元素总体含量达到30年研究期间中的极大值;2004年以后人类无序活动的不断增加,使得珠峰北坡绒布河水环境不断恶化,2006年12种化学元素总体含量达到近30年研究区间中的第二大值.     

珠峰北坡地区地表辐射和能量季节变化的初步分析

对青藏高原地区地表能量的研究是一个十分重要的问题.利用中国科学院珠穆朗玛峰大气与环境综合观测研究站2006年5月至2007年4月一年的观测资料,分析了青藏高原珠峰地区的地表能量,即净辐射通量、感热通量、潜热通量和土壤热通量,得到了一些有关珠峰地区地表能量的结果,即太阳总辐射、大气长波辐射、地面长波辐射和净辐射呈现出明显的年变化特征,净辐射、感热通量、潜热通量和土壤热通量得到的日变化是很明显的.并且讨论了计算地表能量通量的方法及其优缺点.     

青藏高原珠峰绒布河谷地区近地层湍流输送特征

利用2006年6月和2007年6月中国科学院HEST大气科学实验在珠峰绒布河谷地区获取的近地层湍流观测资料,分析了近地层湍流谱特征和方差统计特征,讨论了上下2层(2m和8m)基本气象要素和湍流通量的日变化特征.结果表明,珠峰地区湍流能谱基本上符合Monin-Obukov相似性理论在惯性副区的变化规律;由于山谷复杂地形和下垫面的影响,湍流方差统计值均小于高原其它地方;珠峰地区近地层感热通量白天下层大于上层,夜间相反;潜热通量一天内基本上上层大于下层.