低风速下海面附近气温场对海气动量通量的影响

实用测的海上和层平均风剖面数据和温度剖面数据，通过数据回归和迭代方法计算出了在不同大气稳定情况下的海面阻力系数。得到了与前人理论计算一致的结论：海面阻力系数随海面大气稳定度的增加而减小，另外，我们还发现：在海面风速小于１３ｍ／ｓ时，不能认为气温剖面外推到海面的值与海面水温的是一致的。这样若用海气温差作为衡量海面上方大气的稳定程度，难于得到上面给出了理结论。这一点同前人的理论计算结果是不相同的。     

近岸陆地与海面风速关系分析研究

分析了近岸陆地与海上风速同步观测资料(1989年5—12月),发现海上风速与陆上风速之比并非总大于1。海、陆风速之比值不仅有明显的日变化,也随季节不同而异。进一步研究指出,海、陆风速比值是陆地地面粗糙度、大气稳定度、测站离岸线距离以及海面风速等因素的函数。利用大气边界层的理论和已有实验结果解释了海、陆风速比值的观测事实,并给出了该比值变化规律的一些定性结论。     

探测海面空气温度、湿度和风速梯度的仪器——海面温湿风梯度仪

探测距海面几米高以下的温、湿和风等气象要素的梯度变化,以获取梯度廓线及贴水层大气的动量、热量和乱流等通量传递系数,是研究小尺度海气相互作用的必要手段。由于海上工作条件不同于陆地,进行海上大气梯度探测是比较困难的。为了适应我国海气相互作用研究的需要,我们研制成功了一种采用小型浮标系统,通过电缆遥测海面温度、湿度和风速的仪器—《海面温湿风梯度仪》(以下简称《梯度仪》)。由该仪器可得到距海面以上5米内不同高度的温、湿和风速的梯度资料。     

海上大气表面层风温湿廓线的测量及参量化研究

以渤中８号采油平台为基地，对海上大气表面层的风速、温度和湿度廓线进行了同步测量。据测量数据的统计分析，确定了较好适用于渤海中部大气表面层的大气稳定度函数模式（不稳定状态），从而确定了一种海上大气表面层风湿廓线的参量化模式。依此模式，可由实测风温湿廓线数据计算海－气动量、感热和水汽通量。     

舟山海雾发生问题探讨

海雾是近年来造成舟山海上交通和海上作业发生灾害性事件最为突出的危险天气现象,本文通过天气形势、大气稳定度、相对湿度、温度、风向风速及海温等资料分析,对舟山海雾的发生与消散及持续问题进行了探讨,得出了一些规律.     

夏季北极太平洋扇区和白令海对流层结构分析

利用我国第六次—第九次北极科学考察雪龙船走航探空数据,计算北极太平洋扇区和白令海的夏季对流层高度,分析对流层内的风速、温度、水汽廓线,从而确定对流层结构,并分析各要素的垂直分布和经向分布特征。结果表明:夏季北极太平洋扇区和白令海的递减率对流层顶、冷点对流层顶平均值分别为10 003 m、10 116 m,对流层高度随纬度增加而降低。夏季北极大气对流层低层和对流层顶存在逆温,对流层顶的逆温高度和厚度随纬度增加而降低。大气可降水量与纬度呈负相关,且集中于对流层中低层。近地面的风速受地表摩擦力的影响较明显,对流层内的风速随高度增加而增大,高空急流的强度和高度随纬度增加而减小,风廓线和急流易受天气尺度过程的影响。研究结果揭示了夏季北极太平洋扇区和白令海的对流层结构,并可用于检验数值预报模式对北极大气垂直结构的预报效果、评估再分析资料描述北极大气垂直结构的能力。     

南海大气边界层高度的气候特征研究

利用1979—2020年逐时的ERA5再分析数据,研究了南海区域大气边界层高度的气候特征及其影响因子。结果表明：南海区域平均大气边界层高度为500～800 m,空间上呈中间高、四周低的分布特征。南海大气边界层高度具有显著的季节变化特征,总体按照冬季、秋季、夏季、春季依次递减,日变化较小,大部分区域边界层高度的日变化幅度小于300 m,日循环比较平缓。南海大气边界层高度显著的季节变化特征主要受海气温差、海表面风、感热通量、潜热通量和稳定度的共同影响。较大的海气温差和强风速使海表热通量增加,下垫面不稳定性增加,海气相互作用加强,湍流活动增强,导致秋冬季边界层高度较高。过去42 a南海区域年平均大气边界层高度显著增高,年平均增高率约为0.8 m/a,且边界层高度变化存在显著的季节差异。海表面温度升高、潜热通量增加以及稳定度减小有利于边界层的发展,可能是导致南海边界层高度增加的主要原因。     

一种基于气象要素梯度观测分析海表特征的方法试验

利用常规气象观测、浙江省自动气象站及宁波凉帽山高塔梯度观测资料,对浙江近海2010年12月28日一次冷空气大风个例进行风、温等气象要素边界层特征分析,计算摩擦速度、粗糙度和粘性副层厚度等特征参数,探讨冷空气大风对浙江近海海面粗糙度的影响,进一步给出了摩擦速度、粗糙度与风速之间的定量关系,并对2010年12月29日21时—30日24时和2015年1月21日19—22日10时两次冷空气大风个例进行风廓线拟合检验,基于此推算这两次个例海面10 m风速,并与浮标站进行对比。结果表明:锋面逐渐靠近时风速随高度递增率明显大于锋面过境远离时段。摩擦速度与风速呈线性关系,粗糙度与风速呈二次多项式增长。光滑流时对数律风廓线对100 m以下高度风速拟合效果最好,当低层风速较小时,对数律拟合风速易偏小,反之则易偏大。     

关于海面上大气稳定度的计算问题

本文提出仅需若干特定层次的风速与气温的观测(或计算)值便可算出大气稳定度的5个简化式。计算结果显示:(1)所论海区可沿用风速的对数律,而(气温—表面水温)的对数律是有条件地被采用;(2)R_1=R_2,R_1=ζ_2和ζ_3=ζ_2。     

青岛混合层高度变化特征及与空气污染的关系

选取青岛2000—2015年逐日地面观测资料和环境监测中心站2011—2015年逐日主要大气污染物浓度资料,分析了青岛大气混合层高度和大气稳定度的变化特征,对青岛日最大混合层高度与空气污染物浓度进行相关分析。结果表明:近16a来,青岛大气混合层高度年际变化呈逐渐减小的趋势,日变化呈现单峰结构;大气稳定度以D类的出现频率最高,深秋到初冬大气较为稳定,4—8月A,B,C类稳定度较其他月份升高;清晨和傍晚大气以中性层结为主,中午弱不稳定发展,夜间稳定层结明显增强。空气污染物质量浓度与日最大混合层高度有明显的负相关关系,污染物质量浓度越大,日最大混合层高度越小;反之,污染物质量浓度越小,日最大混合层高度越大。     

海洋环境因素对白冠覆盖率的影响及其数值估算

波浪破碎是一个强非线性过程,破碎时产生的大量气泡在海面上表现为白冠,白冠覆盖率是刻画波浪破碎一个重要参数。研究表明,白冠覆盖率与海上风速、海浪状态和大气稳定度等多种海洋环境因素有关。综合前人的观测数据,本文给出了更为可靠的依赖风速的白冠覆盖率公式,发现海水温度越高,白冠覆盖率越大。提出了以波浪破碎耗散函数为参数的白冠覆盖率公式,同时发现波龄小于某个临界值时,白冠覆盖率随波龄增大,波龄大于临界值时,白冠覆盖率保持不变,该临界值随风速增大而减小。     

南半球平流层大气环流的若干特点

利用欧洲中期预报中心(ECMWF)5°×5°格点场南北半球6层位势高度场资料计算分析了南半球平流层100hPa平均地转西风随纬度的分布特点、平均地转西风季节变化特点、厄尔尼诺年前后西风廓线形态差异计算分析了南半球位势高度对纬向平均的偏差,分析了超长波的分布特征.以上结果均与北半球同期计算结果作了对比比较,指出了南北半球大气环流在这几方面的异同点.     

西沙高空气候

本文用1978—1984年7年每日两次探空、测风资料,研究西沙永兴岛上空温度、湿度、静力稳定度和里查逊数的垂直分布和季节变化的平均特征。谐波分析计算表明,西沙上空比湿的季节变化可用年波表示,而气温年变一般需要两个谐波才能较好地描述。用三次回归多项式拟合求得比湿随高度分布的经验公式。湿稳定度参数在低层全年为负,中、上层为正。湿里查逊数符号分布和稳定度参数相同,其数值的大小受垂直风切变制约。分别按年平均和台风季平均给出西沙上空各等压面拔海高度和气温、比湿、空气密度分布的数据。     

西太平洋暖池区海—气通量计算分析

用J.Launiaimen和T.Vihma提出的近地面层湍流通量计算方法,对我国在1992年11月至1993年2月TOGA—COARE—IOP实验中所获资料计算处理。得出所在站位的海一气间显效、潜热及动量通量。指出西大平洋暖池海区游热通量与显效通量之比为10.14:1;风速大于8m/s后各通量随风速的变化率明显增加;动量与热量的块体通量系数Cd和Ce,h随风速变化有相似的规律;Monin—Obukhov大气稳定度参数Z/L与△T/U_(10)之间有较好的统计关系。     

冷空气过程对黄海东海区域海洋大气边界层结构影响的个例分析

利用一次冷空气过程的14组GPS探空数据,采用位温梯度法确定了冷空气过境前后大气边界层高度,并分析了冷空气过程对大气边界层结构的影响。结果表明:冷锋过境加大了海洋大气边界层的静力不稳定度,使边界层内对流活动增强,且锋面过后距离锋面越近的区域边界层的静力不稳定度越大;冷锋过境使边界层的平均高度升高,边界层顶处逆温梯度增大。结合ERAInterim再分析资料,分析认为大气边界层高度与静力稳定度(海气温差)存在显著的正相关关系(相关系数达0.73),海气温差越大,大气边界层高度越高。     

台风“妮妲”(1604)登陆期间近地层风特性分析

利用深圳350 m气象梯度观测铁塔获取的台风"妮妲"(1604)登陆期间近地多层风观测资料,分析"妮妲"登陆期间风场和阵风系数等变化特征。结果显示:"妮妲"登陆期间,近地面风速随时间呈增强—减弱—增强—减弱的"M"型特征,风向由西北方向转为南东南;风速随高度增加而增加,其中风速垂直变化最大的时段为"妮妲"后风圈经过期间;垂直方向上,"妮妲"前外围向前风圈过渡期间风向多变,而其他时段风向随高度基本不变;在"妮妲"前外围、前风圈和眼区经过期间,350 m高度以下的风速随高度的变化遵循对数关系,而在"妮妲"后风圈和后外围时段仅适用于150 m以下高度;在"妮妲"登陆过程中,铁塔观测的粗糙度长度约为0.52 m;阵风系数随高度增加而减小,"妮妲"登陆前和眼区的阵风系数较大;另外,阵风系数与风速呈负相关关系,随着风速增加而减小,尤其是风速小于10 m/s时。     

渤、黄、东海泡沫厚度的分布及对亮温的修正

基于泡沫动力模型和破碎波模型,利用MASNUM海浪模式计算得到2003年渤、黄、东海的泡沫厚度,利用多层微波辐射理论及泡沫模型得到海表泡沫层的发射率及泡沫层对观测亮温的修正率。分析结果显示,泡沫层厚度在不同季节的分布特征及大小各不同,不仅与风速有关,而且与波面状态也密切相关;泡沫层的海表发射率随泡沫厚度的增大而增大,当超过某一阈值,海表泡沫层近似黑体,发射率为1。由于月平均风速及波高忽略了某些极值事件,2003-01和2003-07的月平均风速最大值仅在8m/s左右,但是海表泡沫层对亮温仍存在一定的贡献,修正率最大值约为1.2%,未来工作会进一步关注风速和波高较大的极值事件中泡沫层对观测亮温的影响。     

一种船载海面通量观测的校正方法

设计了一种用滤波法校正船载超声测风测量仪数据、计算海－气通量交换的方法。对１９８８，１９８９两年西太平洋海域考察期间超声测风测温仪的实测资料作了订正，订正了船体运动、特别是摇摆运动对风速的影响，用涡旋相关法计算了海面边界层的感热能量、动量通量、阻力系数和稳定度值。分析了海面上能量、阻力系数随大气状况的变化规律。计算结果表明，海面上的通量、阻力系数与水平风速和稳定度之间存在着合理的有规律的关系，证明     

台湾海峡海面风场数值计算

一、引言众所周知,海—气相互作用错综复杂,使得海上风的理论计算遇到了许多困难。至今,海上风的估计多半是应用经验统计的方法,即根据气压形势场计算地转风或梯度风,再作有关海面摩擦和大气稳定度的订正。但这种估计误差较大。日益深入开展的数值天气预报与近地面层大气研究为理论上建立数值模式计算与预报海上风场提供了条件。Blachadar(1965)和Cardone(1969)在总结前人研究成果的基础上,先后建立了大气边界层数值模式。国内外学者均曾利用该数值模式进行过海上风场的计算。     

黄海平流海雾的观测分析

利用大量的地面站点观测、卫星监测和非常规观测资料,统计分析了海雾的时空分布特征、卫星云图特征及影响黄海海雾的气象和水文因子.结果表明,黄海海雾随时间和空间而变化,在空间分布上,雾频随着纬度增高而增加;海雾与海上风速的大小和方向有密切关系;海雾出现与海表温度、气-海温差、露点温度有关;海流是影响海雾形成的水文因素之一;海雾是大气处在稳定层状态下的一种凝结现象,有海雾不一定有逆温,但是逆温层的消散却为海雾的消散提供了有利的依据.