大气近地层湍流能谱特重的再分析

根据Kolmogorov局地均匀性湍流假设，大气近地层湍流能谱在惯性副区符合“－5／3律”。但是作者通过翻阅大量文献以及实测资料分析发现，大气近地层湍流能谱符合“－5／3律”的频率范围比较狭窄，而用幂函数＋指数函数形式“fS(f)∝f^-ae^-bf”拟合更恰当一些，这种能谱函数形式是连续时间混沌系统所特有的。利用HEIHE实验湍流观测资料分析结果表明，对于径向风分量，a=0.447,b=0.228；切向风分量：a=0.489,b=0.190；垂直风分量：a=0.551,b=0.124；温度：a=0.588,b=0.123。     

广州近地层风的垂直分布及动力特性

本文讨论了广州近地层风的垂直分布特征,并在此基础上求取与大气扩散有关的一些湍流参量及风向脉动功率谱和方差,最后分析了近地层中尺度辐合随时间的演变及对大气污染的可能影响.      

精细化气象保障助力“神九”飞天

2012年6月16日18时37分,备受瞩目的“神舟九号”载人飞船于酒泉卫星发射中心发射升空。18时56分,中国载人航天工程总指挥常万全宣布：…神舟九号’载人飞船准确进入预定轨道,发射圆满成功。”至此,气象人继护航“神舟五号”“神舟六号”“神舟七号”“神舟八号”和“天宫一号”之后,再度成功完成了神舟飞船发射气象保障任务。     

声学电子遥测系统

1.引言声学电子遥测系统(RACES)能测量低层大气三维风矢量垂直廓线,温度垂直廓线和湿度垂直廓线。本文仅描述测量垂直风和温度的垂直廓线。由于测量是在同一个时间和同一个取样体积中进行的,所以该系统能及时计算出湍流扩散度热力系     

北京冬季大风过程大气边界层特征分析

利用北京中国科学院大气物理研究所325 m气象观测塔的气象梯度资料和湍流资料,分析了2014年11月29日至12月5日北京两次大风过程中气象要素和湍流输送特征的变化。第一次大风过程的强度和持续时间均高于第二次大风过程。强烈的风速垂直切变主要集中在距地面100 m高度范围内,最强风速垂直切变达到0.31 s~(-1)。大风过程中,阵风系数呈现随高度减小的趋势,越接近地面,阵风系数愈大。阵风强度的变化与阵风系数相似,100 m以下高度时,阵风强度随高度增大而减小。大风过程自上而下改变边界层结构,平均动能、湍流动能和摩擦速度最先从上层(280 m)发生变化且迅速增加。近地层由于风速垂直梯度的显著差异,近地层垂直方向的湍流强度最大。大风时各功率谱在低频区(0.01 s~(-1))达到峰值,大风过后各高度的能量都有所下降。     

一次暴雪过程前后近地层物理量场特征分析

利用铁塔风梯度观测资料和超声风温仪观测资料,对2008年1月18—21日暴雪前后,湖北黄石长江岸边近地层风场和湍流作了计算分析,探索其异常变化特征,为认识黄石地区暴雪近地层发生发展的物理过程提供依据。结果表明,暴雪前,风向转变,水平风速和垂直风速明显增大,湍流通量的输送较活跃,湍流动能和湍流强度有显著峰值出现;降雪过程结束后,湍流动能再次增大后缓慢减弱。可见此次暴雪过程前后近地层物理量场有异常变化     

乌鲁木齐降雪与非降雪天气边界层结构变化特征

利用Vaisala系留探空仪系统在2008年1月乌鲁木齐探测所得资料,分析了降雪和非降雪过程中温度、湿度和风的垂直结构及其变化特征。结果表明:降雪和非降雪天,白天对流边界层特征均较明显,但在暖气团影响下,对流边界层特征消失,出现深厚平流逆温,夜间多出现贴地逆温。白天平流逆温强度较夜间逆温更强,白天逆温层出现湿中心,上部出现干中心。降雪天湿中心高度低于非降雪天。夜间近地层出现微弱的逆湿现象,上部出现干中心,降雪天近地层逆湿现象比非降雪天弱;降雪天和非降雪天近地层风向分布均较散乱,主导风向为偏北风,高空主导风向为东南风。风速多因风向改变而出现极大值或极小值,其值常以“高-低-高-低”形式出现于特定高度,风速因风向变化呈波动状随高度递增。     

"派比安"在阳江不同地区的风场特征及防风问题

利用阳江海岸线上不同下垫面梯度风观测塔在“派比安”过程中所取得的资料,探讨登陆热带气旋在不同下垫面的垂直风场特点以及防台措施。分析发现,平原地区各层风速较稳定,随“派比安”的移近而增大,远离而减小,风随高度成指数增长,在v<20 m/s时,80 m的10 m in平均风速与10 m的最大风速相当;背风面风速扰动大,很有可能在热带气旋靠近时出现风速减小现象;迎风坡出现大风时间长,最大风速比背风面和平原地区都大。迎风坡和背风面在台风环状下沉运动带影响时,高层和地面10 m in平均风速相差较小,而平原地区并没有这一特征。根据弗洛斯特(Frost)风速随高度变化的经验公式,近地层风速垂直切变指数n在平原地区稳定,风随高度的对应关系好。台风登陆前所有下垫面的n都出现突增现象。阵风系数受下垫面和周围环境影响大。     

"5.24"华南中尺度暴雨系统结构的数值模拟分析

对华南暴雨试验期一次造成华南沿海特大暴雨的锋面过程进行了高分辨数值模拟，并从不同侧面分析了该中尺度系统的结构特征和成因。本文的模拟分析表明，此次中-β尺度暴雨云团系统发生在锋面中尺度切变线附近，水平尺度小于100km，是华南锋面暴雨的一种典型结构。系统发生在地面锋线区域，近地层有中尺度辐合扰动，高层200hPa附近有强的中尺度辐散，中间各层为准无辐散。200hPa以下各层有深厚的强上升运动，最强在中层，其中在700hPa附近有明显的补偿下沉运动。中-β度的强上升运动使云系发展至200hPa以上。系统有一定的暖心结构，有别于中纬系统，也有利于层结呈准中性。湿位涡分析表明系统发展的因子是：（1）切变线扰动附近层结呈近中性；（2）近地层能量锋特明显；（3）扰动附近中低层有强的风垂直切变。这三个因子的正效应相迭加，导致了本中-β尺度系统的发展。     

我国冬夏近地层流场的基本特征

本文利用1960—1969年1、7月份的高空风资料绘制了近地面三个标准层的合成风场图。分析发现:1.无论冬、夏我国近地层都可分为三大风系(行星西风、高原季风和海陆季风);2.在下垫面热力对比最强区的附近都有一支低空强风区;3.强风区中风速的垂直分布呈“S”型;4.夏季在青藏高原以东存在两支低空急流,分别与二级地形台阶相伴,而落矶山以东只有一支低空急流。     

“0812”关中盛夏突发性暴雨中尺度特征分析

基于WRF模式多普勒雷达同化预报、1 °×1 °的NCEP再分析资料、云图TBB和本地加密观测资料,对2014年8月12日关中地区突发性暴雨过程（“0812”暴雨）进行诊断分析。结果表明:同化C波段雷达资料能有效提升WRF对此次突发性暴雨的预报能力。受中高层北部冷空气侵入和低层冷式切变南压的影响,在“0812”暴雨期间,关中的北部和东部的地面切变辐合线附近先后出现了南北向和东西向的中β尺度重力波,波动持续约4 h、波长约60 km。当北部波动向南传播发展与东部波动合并之后,重力波快速消散,强降水结束。暴雨发生前,波动区的垂直上升速度、雨水含量中心强度和发展高度均迅速达到最大,陕北地区对流层中上部的正湿位涡显著向南下滑至关中上空,出现了有利于中尺度波动发展的湿位涡波列结构,暴雨中心近地层的正湿位涡和垂直梯度异常增大。200 hPa高空急流区南侧、关中西部垂直风切变显著增大及其东移南压为中尺度波动快速发展、传播提供了能量。500 hPa内蒙古中部天气尺度横槽发展东移、引导中低层偏北路冷空气南压,是突发性暴雨的直接影响系统。850 hPa的比湿突增为暴雨提供了热力、水汽条件。近地层显著东南风、不稳定扰动增大和地面切变线是暴雨的有利动力、触发条件;在地面切变线西端附近,3 h变压场出现显著中尺度波动特征。“0812”暴雨与典型盛夏暴雨差异明显:西太平洋副热带高压远离大陆、东南沿海无台风活动,关中低层出现西北路水汽输送,强降雨区周边700 hPa以上深厚位势稳定层结、近地层不稳定层结垂直叠置有利于重力波动发展传播,中尺度对流云团高度低,雷达强降水回波主要位于低层西北风和东北风之间的冷式切变区。      

雨雪冰冻天气多普勒雷达产品特征

2008年1月下旬至2月上旬福建省西部北部出现了历史罕见的雨雪冰冻灾害。利用多普勒雷达反射率、回波顶高、径向速度、垂直风廓线等产品对此次雨雪冰冻天气进行特征分析,通过分析发现:①冰晶和雪的回波强度通常比连续性降水回波弱,在反射率图上,回波表现为边缘毛松,丝缕状纹理结构明显,边缘模糊不清,没有确定的边界;②回波顶高和零度层较低,因为垂直方向大气相对较稳定,不利于对流发展,降水粒子没有发展到高空;③在径向速度图上存在牛眼,说明在低空有急流存在。在低层有环形的零速度线,中高层的零速度线为倒"S"形,表明低层有风切变存在,中高层有冷平流;④风廓线图上高层为西南风,中层为西北风,低层为西南风,近地层为东北风。说明从近地层到高层为"冷-暖-冷-暖"的层结结构,有利于冻雨天气形成。     

两次台风过程近地层湍流度和阵风因子分析

利用2005年台风"麦莎"和"卡努"期间青岛海岸实测三维风观测资料,挑选6个10 min平均风速≥8 m/s的强风时段,使用矢量分析方法研究台风影响华东地区时近地层的平均风速风向变化、湍流度和阵风因子变化等湍流特性,结果表明台风影响期间,近地层湍流脉动风速不稳定,水平方向、垂直方向风速风向快速变化;虽然台风"麦莎"、"卡努"入海地点不同,不同强风时段近地层湍流度差异也较大,但湍流强度都表现为Iu(横向)＞Iv(纵向)＞Iw(垂直向).两次台风影响过程不同强风时段近地层阵风因子的变化与湍流度的变化是一致的,在风速增大风向转变的时段,湍流度和阵风因子明显增大.     

鄂东两次暴雨前后近地层物理量场异常特征分析

利用湖北黄石长江南岸50 m高铁塔的风梯度、超声风及气温、湿度观测资料,对2007年5月31日及7月1-2日两场暴雨前后近地层风温湿场和降水前湍流特征进行了计算分析,探索其异常变化特征,为进一步认识黄石地区强降水的近地面层物理过程提供依据。结果表明:(1)降水前温度下降,湿度上升,平均风向发生明显转变,水平风速与垂直气流速度在降水前出现显著增大;降水后,风向平缓变化,平均风速再次增大。(2)垂直气流速度在降水前频繁上下振荡,激发湍流活动。(3)降水前湍流动能增大,湍流动量通量和感热通量增大向上传递,湍流强度逐步增大。湍流动能最大值的出现早于湍流通量,湍流活动在临近降水时进一步加强。可见暴雨发生前后近地层风温湿场有明显的变化,降水前湍流活动增强。     

青藏高原近地层低压系统移动路径及其特征

利用ECMWF 600 hPa高度场加密逐月再分析资料,分析了强、弱季风年高原近地层低压系统的移动路径及其特征。研究结果表明：低压系统于4月在青海省西南部形成,5月沿西南方向移入西藏地区,此后低压系统呈南北向波动西移,直至到达“西至点”后转向东退于10月衰减消散;强季风年低压系统中心强度总体上较弱季风年强。强季风年低压系统移动路径偏北,南北向波动振幅较小,弱季风年低压系统移动路径偏南,南北向波动振幅较大,呈“V”形分布;孕育初生阶段低压系统的形成过程在弱季风年出现“反复”现象;发展成熟阶段高原近地层低压系统南侧印度上空低压系统形成,并且强季风年较弱季风年形成时间偏迟,位置偏南;衰减消亡阶段高原近地层低压系统西北侧的高压系统减弱消散,10月东伸高压脊的脊点在弱季风年较强季风年偏东。     

雷暴系统影响下的黄土高原塬区微气象特征研究

利用2012年5—9月中国科学院平凉陆面过程与灾害天气观测研究站的观测资料,对比分析了黄土高原塬区夏季发生的阵风雷暴、大风干雷暴和冰雹强降水雷暴过境期间近地层微气象特征。结果表明:雷暴系统过境前几小时近地层便出现较强上升气流,14 m高度30 min平均垂直速度可达0.25 m·s~(-1),这几乎比该区域无雷暴影响时的垂直速度大1~2个数量级。在雷暴系统过境期间,近地层气压迅速升高,气温急剧下降,上升气流变为下沉气流,14 m高度30 min平均垂直速度可达到-0.18 m·s~(-1)。同时,由于雷暴区与周围环境间存在极强的风速切变和温度切变,造成近地层湍流运动迅速发展,摩擦速度急剧增大,尤其大风和冰雹雷暴期间其值是中午摩擦速度的2倍以上。对湍流谱分析发现,雷暴影响期间湍流涡旋中大尺度涡旋能量显著增大,且此时大尺度涡旋对感热通量输送的贡献起到主导作用,这可能对雷暴系统的加强具有一定促进作用。     

大气近地层湍流能谱特征的再分析

根据Kolmogorov局地均匀性湍流假设,大气近地层湍流能谱在惯性副区符合"-5/3律".但是作者通过翻阅大量文献以及实测资料分析发现,大气近地层湍流能谱符合"-5/3律"的频率范围比较狭窄,而用幂函数+指数函数形式"fS(f)∝F-ae-bf"拟合更恰当一些,这种能谱函数形式是连续时间混沌系统所特有的.利用HEIHE实验湍流观测资料分析结果表明,对于径向风分量,a＝0.447,b＝0.228;切向风分量:a＝0.489,b＝0.190;垂直风分量:a＝0.551,b＝0.124;温度:a＝0.588,b＝0.123.     

L波段探空高分辨率廓线中近地层信息分析及相关模型

L波段高空气象探测系统的更新换代,提高了大气探测精度,L波段＂秒级＂数据为垂直高分辨率廓线探测信息的获取提供了气象要素再分析的基础平台。为了探讨L波段探空垂直高分辨数据应用的可行性,考虑到用于对比分析的其他观测系统获取＂秒级＂＂高时间密度＂同步观测数据的设备条件,本文重点选用了JICA（中日气象灾害合作研究中心项目）PBL（行星边界层）通量铁塔梯度观测系统来进行对比分析,并构造L波段探空再分析与通量铁塔近地层气象信息相关模型。研究结果表明,L波段探空垂直高分辨率廓线近地层数据能够较好地描述大气边界层内近地层温、湿、压;所建立的温、湿、压模型具有推算PBL铁塔近地层的温、湿、压的可行性。研究结论可为L波段高分辨率垂直廓线再分析平台及其对大气结构描述可行性提供具有应用价值的技术基础。基于L波段高分辨率垂直廓线再分析信息平台的构造,将有助于开发全国L波段探空在数值模式应用方面的潜力,推进探空垂直高分辨信息在数值模式同化系统中新技术的发展。     

海陆边界层气象特征的分析

文章根据福建省筹建核电站厂址百米高的气象铁塔所观测的一年风、温资料，对近地层垂直温度梯度、风随高度的变化和海陆风进行统计计算和分析研究。从中得出我国中低纬度地区海陆边界层１００ｍ以下环境大气变化的若干气象特征的认识，有助于在沿海地区建造现代化的核电站所必须的污染气象参数的确定。     

单点声雷达探测垂直速度一种新的处理方法

本文根据几何声学和折射规律,推导出在水平风速作用下单点声雷达测量垂直速度的精确计算公式.对不同水平风速和声束宽度作了数值估计.最后用该方法的计算值与中国科学院大气物理研究所和美国在BAO(波德大气观测站)四家声雷达与塔上直接测量资料进行比较,计算值与实测值比较一致.