冬季增城丘陵灌木林基本气象要素与湍流特征

介绍了广州增城丘陵灌木林通量站的地理环境、仪器布设,并利用该站2014年12月—2015年2月的观测资料,分析冬季华南丘陵灌木林下垫面近地层的风、温度、气压、湿度和大气稳定度等基本气象要素特征,以及湍流强度、风速归一化标准差的统计特征及通量特征。结果表明:（1）冬季增城站以北向小风为主,风速多小于4 m/s,日平均温度变化剧烈,平均相对湿度为67.94%;（2）大气稳定度集中于“±” 0.5之间,以近中性为主;冬季平均湍流强度I_u、I_v和I_w分别为0.37、0.31和0.19;在风速小于1 m/s时湍流发展旺盛,随风速增大,湍流强度减小并趋于稳定;（3）风速分量归一化标准差δ_u/u_*、δ_v/u_*、δ_w/u_*与稳定度Z/L之间满足莫宁-奥布霍夫相似理论,并呈1/3次方关系,且随|Z/L|的减小而减小,在中性层结（Z/L→0）均匀下垫面,其值为常数,分别为2.286、1.757和1.174;（4）冬季增城站的能量耗散以感热为主,晴天尤为显著;阴天感热与潜热大小相当;平均日间吸收CO₂极值为0.236 mg/(m2·s)。      

半干旱区不同下垫面近地层湍流通量特征分析

本文分析了2003～2005年半干旱区退化草地和农田下垫面近地层湍流通量日、季、年的变化特征, 探讨了不同年份的气候背景和下垫面土地覆被对地气交换过程的影响。结果表明: 半干旱区退化草地和农田近地层湍流通量具有明显的日变化、季变化周期; 地气间通量交换年际间的差异主要受当年的气候背景影响, 尤其是降水的影响; 同时还受到下垫面覆被的影响。潜热通量和感热通量的能量分配比率呈反位相变化, 且农田和退化草地的变化趋势相似, 在夏季潜热通量所占比例均超过感热通量; 两种下垫面的波恩比月均值变化趋势十分相似, 量级接近, 夏季低, 春、秋季高; 夏季退化草地和农田下垫面波恩比均小于或等于1。     

近地层组合法确定湍流通量精度的研究

近地层组合法的实质是将廓线法和地面能量平衡方程联立而计算湍流参数和通量的一种方法。本文利用实测的脉动场和平均场的同步梯度资料研究组合法的精确性及其应用价值。     

论近地面层湍流通量观测的一些问题

本文回顾并总结了目前在近地面层内观测湍流通量的方法。指出了各种观测方法的适用条件。比较了它们的测量误差和它们的优缺点，并讨论了各种测量方法存在的问题。该文的讨论对于选择近地面层湍流通量观测方案、提高观测精度、评价观测结果并对结果进行修正都有一定参考价值。     

近地面层湍流通量观测误差的比较

本文根据误差理论分析并比较了在近地面层内各种间接确定湍流通量方法的观测误差。空气动力学法由于采用不同的通用函数将造成很大的误差。H扣除法确定潜热通量,当Bowen比较小时误差较小,Bowen比B>1之后误差随B的增大迅速增长。在相同的观测条件下间接法确定湍流通量以Bowen比法和组合法误差最小,实例计算表明组合法的精度最高。     

稻麦轮作农田近地层湍流通量计算方案对比研究

稻麦轮作农田是我国典型农田类型,其模拟效果对我国农田气候模拟具有重要参考价值。气候中尺度模拟结果对近地层通量极为敏感,选择合适的通量计算方案对模拟效果至关重要。因此,对比分析稻麦轮作农田下不同的通量计算方案具有重要意义。本文选取了8种具有代表性的近地层湍流通量计算方案,采用寿县国家气候观象台实测资料对比分析了各方案在稻麦轮作农田的计算特征和差异。结果表明,在不同稳定度和不同风速情况下,各方案的误差特征各异。本文基于归一化标准差综合评价了各方案的准确度,总体而言,所有方案的动量通量总体平均归一化平均差为0.536,其中SS14(Sharan和Srivastava,2014年)方案最大为0.575,SS20(Sharan和Srivastava等,2020年)方案最小为0.517;所有方案的感热通量总体平均归一化标准差为0.638,其中GLGS20(Gryanik等,2020年)方案最大为0.871,SS14方案最小为0.476。此外,本研究还给出了稻麦轮作农田不同稳定层结和不同风速情况下各通量计算方案的误差特征。本文的研究结论,可为准确计算近地层湍流通量提供支撑。     

纳木错(湖)地区湍流数据质量控制和湍流通量变化特征

利用中国科学院纳木错多圈层综合观测研究站2009年全年的大气湍流观测资料,应用Foot-print模型分析了青藏高原非均匀下垫面湍流观测数据的数据质量、质量评价及不同下垫面对湍流通量的贡献。结果表明:纳木错(湖)地区因不同土地利用类型的差别,导致地表通量分布不均匀,草地对地表通量的贡献最大;对不同大气层结状态,观测站周围200m范围内的地表通量贡献各不相同,上风向通量贡献源区较大,湍流发展较充分。在不稳定状态和中性状态下,纳木错地区地表通量数据质量较高,即白天观测的通量数据质量较高;在稳定状态下数据质量较低,即夜间的通量数据质量较差;纳木错地区的湍流通量受湖陆风和大气稳定性影响较大。     

青藏高原东坡理塘地区近地层湍流通量与微气象特征研究

简要介绍青藏高原东坡理塘大气综合观测站长期观测试验,并利用2006年1、7月资料分别代表该站冬季和夏季,初步分析和比较该地区冬、夏季近地层微气象特征和湍流通最输送情况,得到了以下结论:(1)风、温、湿均表现出明显的日变化特征.冬季风速值平均大于夏季,风速极大值均出现在下午;冬季温度梯度早晚大,白天小,而夏季均较小;湿度梯度早晚大于白天.(2)中件条件下风速廓线对数关系表现为一条直线而非中件条件下略偏离对数关系,晚上均有逆温现象出现.在一定高度能观测到较弱的逆湿现象.(3)冬季以感热为主,潜热值较小,夏季以潜热为主,但感热也较大,且冬季通量值要远小于夏季;冬季动量通量平均大于夏季,二氧化碳通量远小于夏季;浅层(地面以下2和5 cm)土壤热通量也具有明显的日变化特征,白天从土壤吸收热量,夜间则放出热量.(4)地面热源强度具有显著的日变化特征:白天为强热源,夜间冷热源特征不明显.冬季和夏季全天平均表现为热源,但夏季强度远大于冬季,平均达到134 W/m2左右,冬季仪约35.3 W/m2.     

高温和台风影响下的苏州城市粗糙子层湍流通量特征

利用苏州地区2011 年12月20 日-2012年8 月13 日的湍流观测资料对不同季节、高温、台风强天气过程下的湍流特征进行分析.结果表明:城市地区不同季节动量通量、感热通量、潜热通量日变化明显,各通量的夏季平均值、最大值均高于冬春季,夏季感热通量日最大值为160.2 W·m-2,感热在城市地表能量平衡中的作用大于潜...     

西太平洋热带海域湍流通量以及海面粗糙度和曳力系数的观测研究

本文利用1987年西太平洋热带海域考察期间系留气艇所取得的廓线资料,用相似理论半经验的通量-廓线关系,给出这一海域的湍流热通量和动量通量,并且对海面粗糙度长度Z_0,曳力系数C_D及其与风速的关系等作了初步的研究,给出了一些经验公式,并与其他研究者的研究结果作了比较。     

夏季北京城市大气边界层湍流通量的塔层观测

利用2003年8月13～26日期间中国科学院大气物理研究所大气边界层气象塔47、120和280 m 3层高度上三维风速和温度脉动的观测资料,结合涡动相关方法,分析了夏季北京市城市下垫面的动量和感热等湍流通量。结果表明：3层高度上动量通量和感热通量的日变化彼此非常接近, 且3层高度上最大感热通量达到200～250 W·m-2。观测期间盛行南风,120 m高度的水平风速小于10 m·s-1。同时分析了由慢响应传感器采集的15个高度上的气温和8个高度上的相对湿度。结果表明：受地表加热影响,320 m高度上气温和相对湿度的日变化非常显著。不同高度上动量通量和感热通量的比较表明：城市下垫面的空气动力不均匀性比热力不均匀性显著。用廓线法计算了32和65 m高度之间的湍流通量,结果表明：1）夏季晴好天气情况下,北京城市下垫面能量输送以感热为主;2）由廓线法计算得到的动量通量、感热通量和由涡动相关法直接测量结果相近。此外还初步讨论了大气边界层温度、湿度垂直廓线随时间的演变。     

处理时间序列提高计算湍流通量的精度

讨论了非线性趋势对时间序列的自相关函数、积分时间尺度等的影响,并估算了其最终对湍流通量的影响,指出有效地去除野点、噪音和非线性趋势以及非线性趋势对时间序列的自相关函数、积分时间尺度等的影响,可以减少其对湍流通量产生较大的虚假贡献.     

长白山近地层内湍流特征观测研究

通过分析2003年6、7、8月长白山阔叶红松林生态系统站点气象塔2.5m及40m两层每30 min间隔取得的近地层湍流通量观测资料,针对长白山湍流的统计特征量进行了研究,计算分析了各通量每月的日平均值极其变化特征。结果表明:感热、潜热通量随太阳升起逐渐增大,午后达到最大,然后降低;感热通量大于潜热通量占主导地位;动量通量白天大于晚上,最大值均出现在白天午后,夜间较小;湍流强度随高度的增加而明显下降;在日出前后有明显的变化。湍流通量和湍流动能昼夜变化明显。     

西太平洋热带海域湍流通量以及海面粗糙度Z_0和曳力系数C_D的观测研究

本文利用1987年西太平洋热带海域考察期间系留气艇所取得的廓线资料,用相似理论半经验的通量-廓线关系,给出这一海域的湍流热通量和动量通量,并且对海面粗糙度长度Z_0,曳力系数C_D及其与风速的关系等作了初步的研究,给出了一些经验公式,并与其他研究者的研究结果作了比较。     

湍流通量计算方法和误差的比较研究

近地层的风、温、湿梯度以及辐射和土壤热通量资料在过去的几十年间被广泛地用于计算陆-气感热、潜热通量.然而,不同的计算方法之间存在一些差异,随意的选用可能会造成计算结果存在较大的误差.文中利用绿洲系统能量与水分循环过程观测试验的2005年6月甘肃金塔绿洲中部观测资料,在分析了观测期间近地层微气象特征的基础上,对鲍恩比法、空气动力学法(包含两种不同计算方案)和变分法计算的绿洲农田下垫面的湍流通量进行了比较,并通过敏感性实验和理论分析探讨了不同方法间计算结果的差异和误差的来源.结果表明:不同方法计算的湍流通量特征存在明显差异.鲍恩比法从理论上满足能量平衡关系,但在昼夜交替和夜晚时出现了计算不稳定现象,因此在这些时段不适用.变分法避免了鲍恩比法计算夜间湍流通量的不稳定性,而且二者计算的白天湍流通量有较好的相关性;同时变分法由于加入了辐射和土壤热通量信息,明显改善了空气动力学法白天的能量平衡状况;变分法计算得到的潜热通量对辐射和微气象条件有较为合理的响应;对数据误差的敏感性试验表明,鲍恩比法和空气动力学法应用于绿洲下垫面上对观测误差较为敏感,而变分法相对比较稳定.进一步的分析表明,鲍恩比法在-2<β<0的范围内由于方法本身局限而适用性较差;而空气动力学方法计算结果的差异和误差来源于所应用的相似性函数.因而与鲍恩比法和空气动力学法计算的湍流通量值相比较,变分法的计算结果更加合理和稳定,在绿洲下垫面有较好的适用性.该文研究方法和结果可为这些方法的使用提供参考.     

基于WRF模式的海面湍流通量参数化方案的研究

中尺度数值模拟结果特别是高影响天气的精细预报对近地层动量和热量通量极为敏感,因此近地层湍流通量参数化方案一直是大气科学研究中一个十分重要的课题.以TOGA-COARE观测试验资料为基础,本文将湍流通量参数化方案模块从天气研究预报(WRF)模式中提取出来,与最新研发的湍流通量参数化方案(即LGLC方案)进行对比测试分析....     

近10年青藏高原及其周边湍流通量变化的数值模拟

应用改进地表粗糙度的中尺度模式WRF模拟青藏高原及其周边地区2004-2013年地表湍流通量的变化特征,结果发现,自2004-2013年以来,青藏高原中部和东南部地区感热通量增加,分别增加了9. 952 W·m~(-2)·(10a)~(-1)和14. 595 W·m~(-2)·(10a)~(-1);青藏高原其他区域感热减小,减少了-4. 473 W·m~(-2)·(10a)~(-1);青藏高原周边东南部横断山脉增加了9. 928 W·m~(-2)·(10a)~(-1),云贵高原地区增加了9. 868 W·m~(-2)·(10a)~(-1)和江南丘陵地区增加了15. 177 W·m~(-2)·(10a)~(-1);其他周边地区感热减小,减少的量级为-10. 26 W·m~(-2)·(10a)~(-1)。青藏高原东部地区潜热有较弱的增加[1. 175 W·m~(-2)·(10a)~(-1)],青藏高原其他区域都减小[-3. 762 W·m~(-2)·(10a)~(-1)];青藏高原东侧四川盆地、南侧孟加拉湾附近以及周边北部地区减弱,分别为-0. 27,-2. 416和-2. 287 W·m~(-2)·(10a)~(-1);周边其他地区潜热通量都有不同程度的增加,我国东南部江浙地区有较强的增加[11. 385 W·m~(-2)·(10a)~(-1)],印度半岛增加的幅度不大[2. 988 W·m~(-2)·(10a)~(-1)],云贵高原以东缅甸增加[9. 287 W·m~(-2)·(10a)~(-1)]和黄土高原增加[1. 160 W·m~(-2)·(10a)~(-1)],但云贵高原是减少的[-2. 705 W·m~(-2)·(10a)~(-1)]。     

CAM3模式海气湍流通量参数化的改进及其应用

通过对流性阵风参数化方法,在CAM3原有海气湍流通量参数化方案(CAM3方案)中引入边界层自由对流和降水深对流对海表湍流通量的贡献,改进了CAM3模式的海气湍流通量参数化方案(CAM3 ME方案).在此基础上,利用观测海温积分改进的CAM3模式,分析改进模式对冬(DJF)、夏季(JJA)大气环流异常的模拟性能.结果表明,采用改进的海气湍流通量参数化方案,模式对冬(DJF)、夏季(JJA)大气环流异常年际变化的模拟能力有了很大提高,尤其是冬季(DJF)北太平洋和北美大陆地区以及夏季(JJA)南半球海洋上空.     

西南季风爆发前后大理近地层风场及湍流通量的变化特征

利用2008年4~5月大理国家气候观象台近地面层观测系统的梯度、涡动相关通量观测资料,结合背景场环流分析,分析了西南季风爆发前后大理近地面层的风速、风向变化特征、风速廓线和垂直切变变化特征以及动量、感热和潜热通量变化特征。结果显示:西南季风爆发前,大理近地层风向以东南风为主,平均风速较大;风速日变化的双峰型特征较显著,风速的垂直切变大,动量通量数值较大且日变化特征较明显。西南季风爆发后,大理近地层西北风频率显著增加,平均风速减小;风速日变化以单锋型为主,风速垂直切变较前期显著减小,动量通量数值减小而日变化特征较不显著。西南季风开始前后大理地气热量交换都以潜热为主,西南季风开始前一旬期间,潜热通量的逐日变化特点是随时间逐渐减少,感热通量逐渐增大,二者差值逐渐减小;西南季风开始后潜热通量的逐日变化为逐渐增大而感热通量逐渐减少,二者差值逐渐增大。就月平均值的日变化而言,潜热通量峰值变化不大,雨季略低于干季的4月;感热通量4~6月的月平均逐月降低。其原因既与雨季天气的变化有关,也与下垫面状况的改变相联系。     

西太平洋热带海域西风爆发过程湍流通量输送的某些特征

本文根据中、美、日、澳、法等近20个国家在热带海洋全球大气海气耦合响应试验强化期（1992年11月～1993年2月）定点、连续观测获得大气和海洋资料，使用考虑风速和大气层结影响的整体输送动力学公式，计算动量、感热和潜热等的湍流通量。结果表明，西风爆发过程与其他天气过程相比，无论是大气向海洋输送的动量通量，还是海洋向大气输送的感热通量和潜热通量，其值都是最大的。文中还讨论了整体输送公式中的曳力系数、感热交换系数和潜热交换系数更准确的计算方法。