自由大气的扰动对边界层结构影响的二维数值研究

在中性正压的行星边界层中,考虑边界层顶的负随时空变化的一般情况,在的假定下,用数值方法解边界层运动方程得到风及边界层某些参数的分布。还计算了边界层顶垂直速度,发现和Charney等人的结果不同。     

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。     

珠峰地区雨季对流层大气的特征分析

利用2007年7月中国科学院珠穆朗玛峰综合观测站的边界层塔、无线电探空和风温廓线仪观测资料,分析了珠穆朗玛峰地区雨季低层大气风温湿等特征.珠峰地区雨季近地层风速、风向、温度等有明显的日变化.近地层风的日变化有两个很明显的阶段,00:00～14:30受谷风的影响而刮偏北风,14:30～24:00受冰川风的影响以偏南风为主.白天的冰川风比夜间的谷风要强些.中午13:30在600m以下存在强水平风速垂直切变,这可能是珠峰地区发生降雨的重要原因之一.低空急流在夏季比较常见.对流层平均降温率为0.685K/100m.低层大气的相对湿度一般有两个峰值高度,最大值在4000m以下,第二峰值高度不固定,到16000m以后相对湿度超不过10%.各层大气的风速风向差别较大.     

南京近郊地区初冬大气边界层风温场的探测和分析

利用现场低空探空探测所获取的实测资料,揭示了南京近郊初冬大气边界层风、温场在不同天气条件下的特征,得出了晴天温廓线日变化的模型,用谐波分析探讨了温度和风随高度分布和随时间演变的特征。     

青藏高原纳木错湖区大气边界层结构分析

利用2007年8月8~19日期间系留气球低探空和GPS无线电探空资料,分析了纳木错湖区大气边界层高度、风、温、湿等要素的垂直结构。结果表明:纳木错湖的冷湖效应推迟了边界层湍流混合及对流边界层出现的时间,边界层高度日变化非常明显,对流边界层高度最高可达1750 m;在晴天条件下,边界层内湖陆风日变化非常明显,湖陆风控制范围常超过边界层高度,可达对流层中部;边界层内比湿变化呈V型变化,白天减小,夜间增大,早晨08:00出现峰值。     

稳定大气边界层结构演变的数值研究

本文应用二阶矩闭合模式研究了在不同的下垫面降温情况下稳定大气边界层结构的演变过程。结果表明:下垫面降温不同,稳定大气边界层内平均位温廓线的演变规律也不同,风廓线和脉动量廓线也相应地变化。影响温度廓线演变的因子除了湍流扩散作用以外,还有由于湍流交换作用在垂直方向的非均匀分布而产生的类似垂直平流作用的输送项。若下垫面经过一段时间的明显降温后降温停止或很少,则这种输送作用能改变位温廓线斜率在垂直方向上的分布规律。即由斜率在垂直方向的单调变化演变为非单调变化。     

珠峰地区大气边界层结构及近地层能量交换分析

利用2005年中国科学院珠穆朗玛峰地区科学考察期间的无线电高空探测资料和超声风温仪观测资料,分析了珠穆朗玛峰地区边界层高度、风速、风向和比湿的日变化以及两个海拔高度不同的观测站(珠峰站和曲宗站)的近地层能量交换特征,得到珠穆朗玛峰地区5月份边界层高度日变化比较明显,因冰川风的存在影响了大气边界层,边界层高度最高为3888 m;白天珠穆朗玛峰地区低层都存在逆湿现象。因珠峰站和曲宗站海拔高度、下垫面状况不同,能量交换特征也不同:4~5月份白天珠峰站感热大于潜热,而曲宗站潜热大于感热;珠峰站土壤热通量转为正、负值的时间早于曲宗站。     

大气边界层物理研究进展

本文总结了近4年来(2009～2012)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在大气边界层物理理论、观测实验、数值模拟和超声风速温度仪等仪器研制领域的主要研究进展,并对未来几年内大气边界层物理的发展方向提出了一些建议.     

冬季昌吉热电厂大气边界层风和温度的观测分析

运用2001年12月20-29日在昌吉热电厂区进行的低空探测资料，重点分析了该地区大气边界层风和温度层结的垂直分布特征，获得了该地区污染气象特征的初步结果。     

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。     

珠峰绒布河谷大气边界层结构的数值模拟

利用中尺度气象模式RAMS对2006年6月12～16日珠峰绒布河谷地区大气边界层结构进行了模拟,并将模拟的风温时空分布与风廓线仪LAP3000的观测资料进行了对比分析.结果表明,绒布河谷地区的局地环流具有明显的日变化(午后至夜间盛行山风,可持续12h,且风速较大;在山风盛行期间,山风的影响高度可达400～700m左右),其中下垫面不均匀性导致的温度差异是引起局地环流的主要因素;RAMS模式较好地反映了绒布河谷地区局地环流的时空变化特征.     

珠穆朗玛峰北坡局地环流日变化的观测研究

青藏高原地-气间的物质/能量交换是高原与全球大气系统相联系的重要纽带.陡峭的地形和强烈的地表差异在高原山区形成特殊的局地大气环流系统,在地气交换中起着重要作用.为研究珠峰北坡的局地环流系统,于2006年5～6月间在珠峰北坡绒布河谷实施强化观测实验HEST2006,对该地区的局地环流以及辐射和热力状况进行观测,分析了该地区局地环流的日变化过程,包括:(1)地面风场的分布和变化;(2)风场垂直结构;(3)垂直运动及可能的驱动机制.研究表明,该地区局地大气环流是由地形与地表状态调整的大气辐射加热和冷却所驱动,包含多种不同的山地环流成分,与典型山谷风环流不同,具有很强的特殊性,对地气问的交换有重要影响.     

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%.     

珠峰和曲宗站2005年4,5月近地辐射能收支初步分析

利用中国科学院又一次珠穆朗玛峰地区科学考察(2005年4,5月)期间获得的辐射资料分析该地区地表辐射能的日变化,以及不同海拔高度、不同下垫面辐射各分量的异同,同时分析了不同海拔高度地表反照率在4月和5月的月变化和日变化。     

珠穆朗玛峰北坡绒布冰川表面辐射特征观测研究

在资料比较稀少的偏远山地冰川进行地面综合气象观测对于研究冰川变化极其重要.珠穆朗玛峰(27.98°N,86.92°E,海拔8844.43 m)地区位于青藏高原南部边缘喜马拉雅山脉中段,自然地理条件独特,环境脆弱,是气候变化和环境变迁的敏感区,同时也是现代冰川作用中心.2005年5-7月和2007年10月-2008年1月在珠穆朗玛峰北坡东绒布冰川积累区(28°01'N,86°57'E,海拔6560 m)开展了综合气象观测研究.分析表明,在东绒布冰川积累区春末夏初月平均气温从5月的-11.3℃上升到7月的-3.4℃,秋冬季月平均气温则从10月的-11.3℃下降到次年1月的-19.0℃.秋冬季主要受西风气流影响,盛行西风或西北风,而且风速较大,1月最大风速达到35 m/s;而在印度季风爆发后主要以南风或西南风为主,风速相对较小.由于海拔高、冰雪面与云之间的多重反射以及复杂地形影响导致地面总辐射较大.春末夏初和秋冬季总辐射平均值分别达到635和502 W/m2.尤其造成5-6月正午前后10 min短波辐射平均值发生超太阳常数的现象比较频繁,最长持续时间接近3 h.晴天由于周围地形作用可使地面总辐射增加140-310 W/m2,约占短波辐射的10%-23%.春末夏初和秋冬季平均反射率分别为0.72和0.69.云和空气湿度对大气长波辐射的影响比较显著,导致大气长波辐射同样具有日变化特征.在地表辐射平衡中云对地面净辐射起负效应.除在秋冬季阴天日平均净辐射为负值外,其余时间均为正值,说明净辐射是地表能量的主要来源.     

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.     

秋季珠峰复杂地形下地表能量通量卫星遥感研究

依据目前较为成熟的地表能量通量遥感参数化方案,利用2006年9～10月珠峰地区秋季近地面大气梯度实测资料,结合中分辨率成像光谱仪MODIS卫星资料,遥感估算了包括珠峰地区在内的青藏高原南部地区地表能量通量的空间分布情况.结果表明:地表净辐射峰值约为420.0 W·m-2,介于200.0～620.0 W·m-2之间;地热通量峰值约为110.0 W·m-2,介于50.0～180.0 W·m-2之间;感热通量峰值约为270.0 W·m-2,介于120.0～280.0 W·m-2之间;潜热通量峰值约为90.0 W·m-2,介于0.0～250.0 W·m-2之间.由此可见,在高原季风期后的秋季,该地区白天地面加热场主要通过感热传输加热大气,地气之间水汽传输耗热是地表净辐射平衡中的小量.     

珠穆朗玛峰北坡地区气温和湿度变化特征

珠穆朗玛峰地区由于其独特的自然地理条件、举世无双的高度、脆弱而敏感的环境使其成为气候变化和环境变迁的敏感区.根据2007年5月至2008年8月在珠穆朗玛峰北坡地区7个不同海拔高度观测的逐时气温和空气湿度资料分析了该地区气温和湿度的时空变化特征.结果表明,在海拔5207、5792和5955m高度处的年平均气温分别为0.2、-4.4和-5.4℃,最高气温分别为14.6、9.1和18,6℃,最低气温分别为-24.2、-28.8和- 29.3℃;除在冰川表面以外,空气相对湿度随海拔高度的升高没有明显变化.气温和相对湿度的年变化幅度随海拔高度的升高而减小.由于冰面近地层逆温层顶部暖空气与冷空气的混合作用造成其最高气温出现时间晚于其他下垫面.年平均温度递减率为(0.72±0.01)℃/100 m,并且呈现出明显的季节变化特征.同时结合定日气象站1959--2007年的气温和降水资料,探讨了对珠穆朗玛峰北坡绒布冰川变化的影响.