旋翼无人机盐城试验观测资料分析及其在一次浓雾天气观测中的应用

2018年3月28—30日、6月20—26日和9月5—13日在江苏省盐城市射阳站开展了旋翼无人机大气边界层垂直结构观测试验,并与L波段雷达探空资料进行对比,验证无人机观测资料精度。结果表明无人机观测的温度、相对湿度、风向、风速廓线与探空观测资料具有较好的一致性。二者温度、相对湿度的相关系数均为0.98,温度绝对偏差为0.57℃,相对湿度绝对偏差为4.25%,风向相关系数为0.98,绝对偏差为11.5°,二者风速的相关系数为0.91,绝对偏差为1.88 m·s~(-1),且无人机探测的风速为对应高度上的瞬时风速,可以更好地反映出边界层内风速细节变化特征。试验期间,无人机观测到一次夏季浓雾过程边界层结构细致变化特征,其观测的雾的边界层结构特征和宏观特征与探空观测基本一致。验证结果表明无人机在边界层气象观测中具有很好的应用前景。     

宜昌冬季两次降水过程大气边界层的观测分析

利用宜昌2007年12月10-25日的加密观测资料,分析了两次低值系统经过宜昌时大气边界层的温湿风廓线结构及其日变化特征。结果表明：位温廓线具有明显的日变化特征,对流边界层在白天出现和发展,其高度可达600m,而稳定边界层在夜间出现和发展,其高度可达300m,降水会抑制对流边界层和稳定边界层的发展;湿度廓线结构及其日变化与对流边界层的发展有关,总体上湿度随高度减小,贴近地面的薄层湿度随高度减小较快,而混合层内湿度随高度变化较小,出现降水时,近地层的湿度有明显增加,大气边界层内湿度随高度快速平稳减小;风速廓线结构比较复杂,总体上风速随高度增大,在大气边界层低层有时会出现一个风速极大值,风速廓线没有明显的日变化特征,大气边界层内风向变化较大,但以偏东风为主。     

四川温江有无雨日的边界层特征对比分析

基于2016年6月21日—7月31日温江站边界层塔和加密探空观测获取的资料,对比分析了该站有雨日和无雨日的边界层大气特征,得到以下结论:(1)温江站7月的降水量较多,降水时段以凌晨2—6时居多,呈现典型的"夜雨"特征。(2)探空观测资料揭示:无雨日白天边界层呈现典型的混合边界层特征。有雨日边界层大气温度总是小于无雨日,在极大值出现的午后时段二者的差值最大,云作用使得无雨日的底层逆温现象在有雨日呈现为近似恒温现象。有雨日近地层大气比湿日变化幅度低于无雨日,其日变化主要受湍流运动和辐合输送的影响。温江站边界层低层大气的风速总体较小,有雨日的风速明显大于无雨日,且风向更有利于产生降水。(3)边界层塔观测显示:有雨日太阳短波辐射以及各个地表通量的极大值仅为无雨日的2/3左右。白天,有雨日的温度低于无雨日,日变化幅度比无雨日低3℃左右;夜间二者都呈现显著的逆温现象。有雨日白天湿度高于无雨日,夜间则低于无雨日,有雨日湿度日变化幅度比无雨日少2 g/kg;白天,有雨日风速日变幅也略小于无雨日,除了午后时段,有雨日在凌晨2时还出现另外一个风速极大值;有雨日的气压值总是略高于无雨日,白天的气压差值比夜间大。白天,有雨日各个地面观测量的极值出现时间总是比无雨日滞后1 h左右。     

温江站夏季大气边界层垂直结构特征

利用温江观测站边界层塔和探空获取的观测资料,从地表物理量的日变化、边界层的垂直结构及逐日变化这些方面分析该站夏季边界层特征,得到以下结论:(1)地表各物理量都具有明显的日变化特征,呈现一峰一谷的演变状态,其中地表热通量、动量通量、气温以及风速的峰值皆出现在午后,谷值出现在凌晨,湿度与气温日变化是反位相的。(2)近地层低层大气气温在早晚时段,随高度的增加而上升,呈逆温状态;午间时段随高度的增加而下降。9 m以下大气在午后的比湿梯度最大。风速值随着高度的增高而增大,风切变随着高度的增高而减小。(3)探空观测的边界层垂直结构显示:夏季温江站早晚边界层大气层结稳定,而午后表现为典型的混合边界层特征。大气温/湿度差异随高度增长而降低,各个时次温/湿度的差异都主要集中边界层低层,越靠近地面大气温/湿度差异越突出。8:00的温度最低,14:00最高。14:00的大气比湿最小,2:00和20:00较大。近地层风速随高度增长较快,在离地2~300 m左右高度达到一个极值,4个时次的风速差异不大。(4)地表温度、短波辐射、感热通量对边界层的高度和降水都有一定的影响。     

大气边界层物理与大气环境过程研究进展

总结了近5年来中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室(LAPC)在第二代超声风速温度仪研制、城市边界层研究、复杂地形大气边界层探测与数值模拟、湍流机理研究、大气污染模式发展与应用等领域的主要进展,其中,第二代超声风速温度仪的野外对比测试结果表明其主要性能完全达到了国际先进水平;北京城市化发展使得北京325 m气象塔周边近地面流场已经具备了典型城市粗糙下垫面的流场特征,近地面夏季平均风速呈现非常明显的逐年递减趋势;北京沙尘暴大风时期湍流运动主要是小尺度湍涡运动,而大风的概率分布偏离高斯分布,风速较大的一侧概率分布呈指数迅速衰减,大风中风速很大的部分具有分形特征;珠穆朗玛峰北坡地区两次综合强化探测实验是迄今为止在青藏高原大型山地中实施的针对山地环流和物质／能量交换最为全面和连续的大气过程探测实验;白洋淀地区的观测研究表明,非均匀边界层具有一般边界层不具备的特点,无论是边界层结构还是湍流输送方面,水、陆边界层之间存在一定的差异,凸显其地表非均匀性的作用;为了解决不同尺度、不同类型的大气污染问题和实际应用,研制或发展完善了多套大气污染模式系统,包括全球大气化学模式、区域大气污染数值模式、城市大气污染数值模式和微小尺度(如街区尺度)范围内污染物输送扩散模式。     

加密探空观测的九龙站低层大气特征分析

本文基于多年连续观测所得的九龙站加密探空资料,通过对比分析,认识到该站的边界层大气在夏季呈现以下特征:大气温度/湿度随高度增长而降低,不同时次温度/湿度的差异主要集中在中低层大气中,越靠近地面大气温度/湿度差异越突出。从不同时次的表现来看,08时的温度最低,14时温度值最高。08时和14时大气的比湿较小,02时和20时的大气比湿较大。位温则是随高度增长,最大差异出现在3320m以下大气层中,14时和20时位温廓线存在明显的绝热及超绝热现象,该2个时次大气边界层表现为明显的混合边界层特征,低层大气层结为静力不稳定。而08时和02时的大气廓线则呈现稳定边界层特征。四个时次风速廓线都是次地转的,边界层内某一高度皆有一个风速极大值出现,20时边界层内风速极大值最大。地表物理量逐日演变情况为:08时温度最低,其次是02时,然后是20时,最高温度出现在14时,这个时次的变动幅度也最为显著。14时、08时比湿均值最小,20时、02时平均比湿较大,20时变幅最大。最低气压出现在20时,其次是14时,然后是08时,最高气压出现在02时,20时变幅最大。02时地面风速最小,其次是08时,再次为20时,14时风速最大,变动幅度最大。      

冬季北京城市近地层的气象特征

运用2001年1～3月北京大气边界层和大气化学综合试验期间,中国科学院大气物理研究所铁塔上所获得的8～320 m 15层风、温度和湿度梯度资料,对冬季北京城市边界层特征进行了诊断分析.结果表明,在冬季北京城市边界层中,平均而言地表粗糙度为1.34、零平均位移约为20 m;温度基本上随高度呈线性变化;风速随高度的变化并不总遵循对数关系,尤其是在午前和夜间,风速与高度之间对数关系的不显著率可达30%～40%.不能简单套用在Monin-Obuhov相似理论中由Businger-Dve风廓线层结订正获得的近地面层动量、热量和水汽湍流输送计算公式.     

合肥市郊低层大气的激光雷达探测研究

利用L300米散射激光雷达对合肥市郊大气边界层进行长期系统观测.分析讨论了大气边界层气溶胶消光系数与温度、湿度的关系, 大气边界层气溶胶消光系数垂直分布和时间变化的主要特征, 给出了激光雷达探测的大气边界层高度的统计特征及其与无线电气象探空仪探测大气边界层高度的比较结果.     

高风速相干结构对通量输送影响的实验研究

切变湍流的相干结构是湍流研究中的重大发现,它表明湍流运动并非完全随机,其中具有可检测的有序结构.本文通过处理南京浦口地区大气边界层观测数据,来分析不稳定层结中高风速相干结构特征.本次观测项目包括对场地中央的气象铁塔上2 m和40 m高度上超声风速仪的脉动速度、温度测量以及风廓线雷达对边界层风速廓线的测量.对超声水平风速时间序列数据进行小波变换 (时间尺度400 s),通过阈值来识别这种高风速相干结构.与多普勒风廓线雷达测量结果对比后发现,这种方法确定的相干结构符合常规的认识,具有较长的时间尺度和较大的垂直尺度 (接近边界层厚度).分析三天相干结构特性得到无量纲空间间隔约为6,即每隔6个边界层厚度的水平位置出现一个高速相干结构.通过与垂直风速小波系数的比较,发现高风速相干结构与向下垂直风速之间有较好相关,这与湍流中 “阵风” 现象的研究结论相似.使用四象限分析方法分类得到两种动量通量输送为负的运动:较小水平风速的上扬 (ejection) 运动 (简称为上扬运动) 和较大水平风速的下扫 (sweep) 运动 (简称为下扫运动),这两种运动在整个湍流活动中处于主导地位.高风速相干结构通过促进下扫运动和抑制上扬运动来影响动量通量的输送.     

青藏高原珠峰绒布河谷地区大气近地层观测研究

利用“珠峰环境监测2001”期间获得的绒布河谷近地层观测资料,分析研究了珠峰地区近地层大气温度、湿度、风向风速、地表温度和辐射等气象要素的日间平均分布规律,并探讨了它们之间的相互关系,指出诸如下垫面性质、地形特征、水陆分布差异等造成珠峰地区气象要素特殊分布的原因,为全面认识青藏高原大气边界层结构,考察珠峰环境,研究该地区地-气之间物质和能量交换提供科学的事实依据。     

热带气旋移速的预报

主要用统计方法热带气旋本身的要素（位置、近中心最低气压、移速等）与热带气多速的相关性，用前期的中心气压、位置、移速等作为因子并热带气旋数值预报产品建立移速预报的逐步回归方程。     

塔克拉玛干沙漠东南部气象参数及沙丘横断面风速特征研究

以塔克拉玛干沙漠东南部国道G315线若羌-且末沙漠公路沿线为研究区域，分析研究了塔克拉玛干东南部近43a气候特征和气候变化趋势。在上述基础上，选取复合沙丘顶部、半坡、底部和平沙地四种典型风沙地貌为床面，采用YNZX—多功能全自动集沙仪，进行野外风沙监测，获取一批有关沙丘横断面不同高度脉动风速、输沙量的珍贵资料，分析了塔克拉玛干沙漠东南部沙丘横断面风速特征，为沙漠地区修筑公路以及选线参数研究提供科学依据。     

强对流(冰雹)云中水凝物的积累和云水的消耗

在冰雹云中过冷水的累积对冰雹增长起重要作用。文中回顾了水凝物累积和过冷水消耗机制中的不确定性 ,利用三维Euler强对流云模式和三维Lagrange粒子群运行增长模式 ,重新研究了对流云中水凝物粒子的累积机制和过冷水的消耗图像 ,得出以下结果 :(1)强对流 (冰雹 )云具有翻滚式对流流场 ,流场的性质决定云中存在着一个动力吸引区 ,它处于主上升气流区旁侧水平气流近于零的区域 ,粒子在增长运行中向这里集中 ,造成水凝物的累积 ;(2 )这种粒子的集中和水凝物的累积 ,是流场动力特征和粒子增长行为相互作用的表现 ;(3)粒子的集中和水凝物的累积是动态循环式的 ,而不是静态平衡式的 ,粒子可以进入吸引区 ,也可以吹离吸引区 ,在进入和吹离的循环中动态地形成了集中和累积 ,累积可以发生在主上升气流上方 ,也可以延伸到其下方 ;(4)粒子的集中和水凝物的累积是受流场和粒子运动的动力过程控制的 ,而累积粒子是液相雨滴 ,或是固相霰粒、雪团和冰雹是受降水发展过程属液相或固相占优势来决定的 ;(5 )云水场中云水量 ,只在大粒子的集中区才被显著消耗 ;而在区外的云水量消耗不显著 ;(6 )对于云水含量高达 6 g/kg的云水场 ,播撒粒子浓度达到 10 0个 /m3 时 ,在考虑消耗时 ,已不能增长成直径大于 1cm的冰雹。     

广西2004年7月降水量异常偏多成因及预测分析

介绍了广西2004年7月降水的概况;分析了广西2004年7月降水异常多雨的成因;给出了2004年7月降水短期气候预测基本思路及各种预测方法;并进一步讨论了该月降水量预测决策中有关的经验及教训。     

Calculation of Probability of Cloud-Free Lines-of-Sightat Given Heights in Foshan,China

1.IntroductionWhetherornottherearecloudsonalineaswelookingatapointonthegroundfromapointintilespaceorinreverseorderisimportantforsuchpurposeasdeterminingtheutilityofopticalandinfraredsearchingandtrackingsystems.ProbabilityofCloud--FreeLines--of--Sight...     

满城冰雹云类型与特征分析

根据探空、雷达观测以及降雹资料，对河北满城地区１９８６－１９９０年６４次降雹天气过程进行了分析，对冰雹云类型作了分类研究。结果表明，该地区冰雹云分为５种类型：强单体、点源雹云、传播雹云、多单体及弱单体雹云。５年的统计资料得出，满城地区以多单体、弱单体雹云为最多，强单体雹云和传播雹云是该地区主要成灾雹云。     

云粒子谱演化研究中的一些问题

简略介绍了描述云中水凝物粒子群尺度谱演变的方法：谱函数方法和分档方法,并给出了分档模式实例。讨论了谱参数本身以及在应用中应注意的问题。分析了两类方法的对比研究的结果指出,一些重要的云降水物理过程,如粒子类型间的转化,涉及粒子运动状态和人工播撒的效应等过程,应当用分档方法来处理。     

黔东南相当暴雨日数与雨日数的气候变化

利用1961—2015年共55 a黔东南地区16个气象观测站实时降水量观测资料,建立相当暴雨日数和雨日数的时间序列,分析黔东南地区相当暴雨日数与雨日数的时空变化特征。结果表明:黔东南相当暴雨日数的分布是以西南侧的雷公山脉为中心沿东北方向递减,雨日数则以东部和西部为大值区,南部和北部为小值区;相当暴雨日数主模态分别为西北—东南向递减的同位相型、西南—东北向为反位相型;雨日数主模态以西北至东部一线为中心,向两边递减的同位相分布,这与地形对降水机制影响有很大关系。相当暴雨日数呈上升趋势,雨日数在上世纪60年代中期至21世纪初相对稳定变化,之后呈下降趋势;相当暴雨日数和雨日数均具有2 a左右的主周期变化,雨日数还具有11 a左右的长周期变化。     

无锡市气温变化特征和城市化的影响分析

利用无锡市1959~2003年的逐日平均气温和逐日最高、最低气温资料,采用线性拟合和谐波分析等方法分析了无锡气温和气温变化的基本特征。针对气温异常的冬季和夏季,给出了典型距平场。经过分析认为,形势场异常在一定程度上决定了气温演变。在分析气温变化原因时,着重比较了城市化和观测环境恶化对气温的影响。     

2004年春季两次增温过程及降水的对比分析

利用常规的天气图、卫星云图和物理量诊断对2004年春季两次持续性增温过程及降水天气进行诊断分析,结果表明:两次增温过程的降水强度、范围和落区等差异显著。前者造成了陕西历史上最早的暴雨过程,并有冰雹相伴;后者则为一般性降水。在春季降水过程中,当南海和菲律宾附近有热带低压云系存在时,对陕西的强降水有增幅作用;来自孟加拉湾700 hPa的偏西南急流和来自南海850 hPa的偏东南急流直伸到陕西的位置决定强降水的落区。700 hPa正涡度中心与垂直运动的上升区配合很好,涡度随着暴雨的临近明显增大,正涡度的增长,有利于对流的发展。