城市近地层风特征与污染系数分析

使用黑龙江省风能资源专业观测网依兰测风塔2010年5月-2011年4月期间10、50、70、100m四层测风数据,对依兰风特征进行分析。结果表明：测风塔各高度风速具有一致的日变化规律,均是白天大,夜间小。随高度升高,风速变化趋势减弱,100m高度与下层显现出不同的变化特征,具有高空风速的日变化特征。垂直气流速度各时刻平均值均为正值,日变化规律与水平风速基本一致,也是白天较大,夜间较小。风廓线指数n值夜间较大,且稳定,均在0．25左右,08时后,随着温度升高,上下层空气能量交换增大,a值迅速减小,12—14时最小,仅为0．11,之后又迅速增大。各高度主导风向一致,随高度增大,主导风向频率升高。各高度污染系数最大值对应的风向一致,随高度增加,污染系数较小的风向区间增加,有利于大气污染物的扩散。因此增加排放高度,可以有效减少城市近地面的大气污染物浓度。     

强台风海鸥登陆期间近地层风特性分析

利用位于海南文昌市的90 m测风塔观测的强台风海鸥多层测风数据,分析了台风海鸥登陆期间近地层风场时空特征、湍流强度、垂直风切变及阵风因子等风场特性,分析结果表明:台风海鸥登陆期间,近地层各高度风速呈现"M"型双峰特征,最大风速出现在台风后风圈;台风过境前后,风向旋转了180°;近地层风速随高度升高而增大,各高度风速垂直切变符合对数和指数规律;粗糙度长度、风廓线幂指数、湍流强度、阵风系数等风场特性与风速呈负相关关系,随着风速的增加而降低;从台风外围至台风眼,粗糙度长度随风速呈现"增大-减小-增大"特征;台风眼内部风速垂直切变剧烈,前后风圈的风速垂直切变较弱;强风区湍流强度较弱,弱风区湍流强度较强;台风风圈的湍流强度随高度增加而减小,台风眼内湍流强度随高度先减小再增加;台风影响各阶段阵风系数随高度升高而减小,各高度层阵风系数遵循指数定律;阵风系数随风速的增大而减小,当风速达到一定强度时,阵风系数随风速变化不明显。     

北京市郊区及城区边缘的大气湍流结构特征

为了比较城市边缘地区和郊区大气边界层中湍流结构的差异,本文分析了1986年春、夏两季在北京市城市边缘地区和郊区两处大气湍流观测结果.结果表明,由于城市边缘地区的下垫表面具有较高数值的粗糙度,使其近地面层大气受到较强的动力影响,在其湍流速度分量谱曲线;无量纲化湍流速度分量标准偏差,σ_u/u*,σ_v/u*和σ_w/u*;以及无量纲化湍流耗散率φ_ε等湍流特征量在近中性层结条件下显示出与大气稳定度的关系比较微弱.     

山谷城市的近地层大气湍流谱特征

山谷城市地区的大气湍流结构研究至今报道很少.本文根据兰州市一次观测实验,对各风速分量谱、温度谱以及动量和感热通量的协谱进行了分析.结果表明,尽管仪器的安装高度较低(6.45m),湍谱特征仍与平坦均匀下垫面得到的一些典型结果基本一致,从而认为,在类似地区进行湍流通量等的直接观测时,对观测高度和地点的选择,可以不必象一些文献要求的那样高.     

青藏高原东部与成都平原大气边界层对比分析Ⅱ——近地层湍流特征

利用中国气象局成都高原气象研究所设立在青藏高原东侧和成都平原的两个大气边界层观测站（理塘站和温江站）2007年2-4月获得的湍流观测资料,分析和比较了这两个地区近地层湍流平均场特征,湍流统计特征以及湍流通量变化特征,并对温江站能量平衡进行了初步的分析,得到了以下一些主要的结论：（1）理塘站和温江站风速均值分别为3．17m／s和1．57m／s,理塘站风向在各个方向都较均匀,温江站风向频率以东北风居多。理塘站温湿压都要低于温江站,且气温和气压的变化幅度均不如温江站明显。理塘站和温江站大气稳定度峰值分别位于±0．5和±1之间。（2）湍流在小于2m／s的风速环境中发展最为旺盛。随着风速的增大湍流强度减小迅速,U〉2m／s后湍流强度基本限定在0．5以内。理塘站湍流强度平均值分别为Iu=0．5453,Iv=0．5389,1w=0．1625;温江站分别为Iu=0．2809,Iv=0．2885,1w=0．1560。（3）两站无量纲化三维风脉动方差均符合Monin-Obukhov相似理论的“1／3”定律,其最佳通用相似函数在稳定和不稳定条件下都可以拟合得到。在近中性时,理塘站A=4．3,B=4．1,C=1;温江站A=2．0,B=2．1,C=1．2。（4）湍流通量都具有明显的日变化和季节变化特征。理塘站以感热为主,温江站则潜热占优势,但到4月份两者都基本相当。理塘站2月和3月动量通量要大于温江站,到4月逐渐接近。理塘站感热、潜热和动量通量平均值分别为52．28W／m^2,25．87W／m^2,0．076kg／（ms^2）,温江站分别为15．34W／m^2,36．65W／m^2,0．061kg／（ms^2）。（5）整个观测期间,温江站的能量闭合率约为82．5％,闭合差约为17．5％。     

辽宁绥中地区海陆风的多普勒测风激光雷达观测与特征提取

2019年3月,利用相干多普勒测风激光雷达首次在辽东湾西部绥中地区进行了风廓线测量试验。根据研究区域海岸线走向采用风向的十六分位法定义局地海风和陆风,分析和提取海陆风特征验证了多普勒测风激光雷达在春季季风间断期间观测海陆风的可行性,并计算和分析了大气边界层湍流能量的变化以及回流水平变化等特性。结果表明：1）绥中地区春季存在明显的海陆风环流特征,测风激光雷达观测海陆风出现的时间与地面自动气象站观测的数据较为一致,符合海陆风日的定义。2）海陆风日发生时,水平局地回流指数（RF）较小,1.2 km以下的RF值小于0.5,使得污染物循环累积,较易形成雾霾天气;但是海风时大气边界层的高度可达1 km以上,有利于低层大气污染物向高层扩散,减轻低层大气污染。研究结果为该地边界层参数化方案的设计和污染的防治提供了参考依据。     

武汉青山长江公路大桥设计的风参数研究

利用黄陂气象站、武汉青山长江公路大桥桥位处新建的测风塔和湖北省农展中心自动气象站风资料,采用极值I型分布法对武汉青山长江公路大桥设计的风参数进行研究,结果表明:(1)桥位区10 m高度年最大、极大风速为分别为17.0 m·s~(-1)、20.9 m·s~(-1),年均大风日数为5.8 d,年最多风向为NNE;(2)气象站100 a重现期10 m高度10 min平均年最大风速(基本风速)为25.6 m·s~(-1),桥位处100 a重现期10 m高度10 min平均年最大风速(设计风速)为29.0 m·s~(-1);(3)风速较大时水平动量的垂直湍流通量较风速小时大、湍流参数较风速小时小、湍流谱密度值较风速小时增大1～2个量级;极大风速发生时1 h内的风攻角为0°～3°。     

青藏高原西北侧多雨年与少雨年低频波的时空谱分析

本文使用美国国家气象中心发布的1988年和1989年两年的5月1日-8月31日500hPa位势场格点资料,分别对应着青藏高原西北侧多雨年和少雨年。根据Hayashi提出的时空谱分析方法,对多雨年和少雨年的时空特征进行了分析。     

晴空回波的大气风温湿结构及双偏振雷达参量分析

晴空回波有助于认识大气的风温湿结构,双偏振多普勒天气雷达为探测晴空大气提供了丰富信息。本文以2015年夏季南京信息工程大学C波段双偏振雷达探测的晴空回波为例,结合探空资料分析大气风温湿结构及晴空回波的影响因素,分析了晴空大气的反射率因子Z、径向速度Vr以及差分反射率因子ZDR回波特征。研究表明:大气温、压、湿梯度造成折射指数分布不均以及背景风场引起的湍流增强,均可造成晴空回波,其回波机理为湍流散射;差分反射率因子受到多普勒效应的影响;在风场及大气湍团干湿特性不同的情况下,晴空回波的差分反射率因子呈现不同的特征。研究结果有益于深入认识大气风温湿结构特征对雷达电磁波的散射的影响以及雷达资料质量控制。     

基于三台测风激光雷达的大气湍流和三维风场研究

为了获取大气湍流和空间三维风场结构,利用3台同型号的测风激光雷达开展协同观测试验。(1)利用虚拟铁塔协同观测技术开展大气湍流探测,与香河102 m铁塔安装的三维超声风速仪观测结果做对比,32 m处高频(10 Hz)风速的相关系数高达0.92,平均误差为0.77 m/s,均方根误差为0.41 m/s;大气湍流强度(TKE)的相关系数高达0.99,平均误差为-0.02 m²/s²,均方根误差为0.08 m²/s²,并且协同观测的高频风速与三维超声风速仪的观测结果具有相同的频谱结构。(2)利用扫描协同观测技术开展三维风场探测,与铁塔上的常规测风设备相比,其90 m高度处的水平风速和风向的相关系数分别为0.92和0.93,平均误差为-0.41 m/s和0°,均方根误差为0.73 m/s和34°。相比于单台测风激光雷达,基于3台测风激光雷达协同观测技术具有一定的优势:不需要风场水平均匀的假设、探测精度更高等。但其对观测环境的要求较高:观测路径上不能有遮挡、观测必须协同等。在科研业务应用中,需要根据实际的观测需...     

河西走廊下垫面粗糙度实测值与模拟值的差异性分析

利用甘肃省河西地区17个风塔观测资料和风向风速标准差法,计算了风塔处的下垫面粗糙度,并与中尺度数值模式ARPS中使用的粗糙度参数进行了比较分析。结果表明,数值模式中使用的粗糙度值和实况具有一定差异,其使用的粗糙度定义方案并不能准确地反映出下垫面粗糙度和非均一性特征。差异最大出现在草原下垫面上,可达375%,且差异程度随下垫面植被复杂程度增加。     

Transport of Temperature and Humidity Variance and Covariance in the Marine Surface Layer

In this paper we address the budget of potential temperature T and moisture mixing ratio q variances as well as the q-T covariance budget. We focus on the vertical transport and study the quantities contained in these terms. Estimates of transport terms are rare and to the best of our knowledge they have never been shown together in the literature. For this purpose an extensive set of humidity and temperature turbulence data from two heights in a marine environment has been analysed. We discuss and compare our results with results from earlier studies for a range of stability from near-neutral to unstable. Similarity and differences between T and q behaviour in the surface layer over water are presented.     

三峡坝区的地面风场与大气扩散气候特征

利用三峡坝区4个气象站和宜昌站的地面观测资料，统计了各站多年、逐年、分季平均风速和风向频率，揭示了地面风场若干气候特征，提出了坝区典型风场模型；并通过分析各站多年、分季联合频率，对坝区大气扩散的气候特点与能力做了初步评价。     

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。     

南岳高山站风对湖南2011年6月两例暴雨过程的指示作用

使用1954—2011年南岳高山站风观测资料、 2005—2011年4—9月湖南省气象要素观测资料、 1954—2011年NCEP/NCAR全球再分析资料(2.5°×2.5°)以及2011年6月NCEP分析资料(1.0°×1.0°), 从季节变化和年际变化等方面, 论证南岳高山站资料对对流层低层环流场的代表性, 进而分析其风场演变特征对湖南两例不同类型暴雨过程的指示作用。结果表明: 湖南处在南岳高山站风资料与全球再分析资料的年际相关、 季节内相关大值区中心附近, 高相关区始终位于各季节盛行风的下风方, 夏半年资料的相关性好于冬半年, 其中以夏季(6—8月)最好; 南岳高山站各气象要素与湖南各探空站850 hPa的温度、 温度露点差、 风向、 风速均有正相关关系, 其中以温度的相关性最好, 风向、 风速及温度露点差的相关性相当, 相关系数在0.49～0.74之间。     

南岭山地一次锋面浓雾过程的边界层结构分析

利用2001年3月上旬在南岭山地进行的综合野外观测资料,分析了有雾和无雾时的天气型和边界层风、温、湿结构特征。分析表明,冷空气影响期间出现的地面雾是低空湿度饱和区向地面扩展,云底接地形成的雾,锋面雾消散过程实质上为雾层底逐渐抬升离开地面的过程。边界层结构受天气系统的影响,锋面逆温结构对雾的维持有重要作用,单层强逆温结构有利于雾的发展和维持,多层(双层)弱逆温结构容易导致雾消散;出现雾与前期低空南风强劲,高空盛行西南或西南西气流,充分回暖增湿,导致整层空气湿度大有密切关系;浓雾维持期间,出现小到中雨时,雨强峰值时间段都出现能见度短时好转的现象,否则则反之,表明云雾中的微物理过程与能见度有密切关系。     

Power Spectra and Cospectra for Wind and Scalars in a Disturbed Surface Layer at the Base of an Advective Inversion

This paper reports power spectra and cospectra of windspeed and several scalars measured at two heights nearthe base of an advective inversion. The inversion hadformed over a paddy field downwind of an extensive dryregion. Winds over the paddy field were variable instrength and direction, as a result of convectivemotions in the atmospheric boundary layer passing overfrom the dry region upwind. Fetch over the rice waslarge enough that advective effects on the transportprocesses were small at the upper level and negligibleat the lower level. Results from the lower level areinterpreted in terms of a horizontally homogeneous,but disturbed, surface layer.Power spectra of longitudinal and lateral velocitywere substantially enhanced at low frequencies. Theresulting vertical motions added only a small amountto the spectrum of vertical velocity but this stronglyaffected scalar power spectra and cospectra. Thesewere all substantially enhanced over a range of lowfrequencies. We also found that differences in lowerboundary conditions cause differences among scalarspectra at low frequencies.Our analysis shows that the spectra and cospectra havethree components, characterized by different scalingregimes. We call these the ILS (inner-layer scaling),OLS (outer-layer scaling) and CS (combined scaling)components. Of these, the CS component had notpreviously been identified. We identify CS componentsof spectra by their independence of height andfrequency. Spectra with these characteristics had beenpredicted by Kader and Yaglom for a layer of theatmosphere where spectral matching between ILS and OLSwas proposed. However, we find that the velocity andscalar scales used by Kader and Yaglom do not fit ourresults and that their concept of a matching layer isincompatible with our application. An alternativebasis for this behaviour and alternative scales areproposed.We compare our decomposition of spectra into ILS, CSand OLS components with an extended form of Townsend'shypothesis, in which wind and scalar fluctuations aredivided into active and inactive components. Wefind the schemes are compatible if we identify all OLSspectral components as inactive, and all CS and ILScomponents as active.By extending the implications of our results toordinary unstable daytime conditions,we predict that classical Monin–Obukhovsimilarity theory should be modified. We find that theheight of the convective boundary layer is animportant parameter when describing transportprocesses near the ground, and that the scalar scalein the ILS part of the spectrum, which includes theinertial subrange, is proportional to observationheight times the local mean scalar gradient, and notthe Monin–Obukhov scalar scale parameter. The formerdepends on two stability parameters: the Monin–Obukhovstability parameter and the ratio of the inner-layerand outer-layer velocity scales. The outer-layer scalecan reflect disturbances by topographically-inducededdying as well as by convective motions.     

宁夏南部半干旱山区山地气候的观测分析

通过对宁夏南部半干旱地区山地气候的考察,初步分析了半干旱地区山地不同坡向上气温、空气湿度随季节的变化规律,同时分析了不同地点气温和空气湿度在50cm和150cm两个层次上随高度的垂直变化规律,为进一步合理开发利用山地气候资源,加快生态建设步伐,提供了科学依据。     

贵州威宁边界层风廓线雷达与L波段探空雷达的风向风速一致性初探

利用2019年6月至12月威宁县边界层风廓线雷达数据和威宁探空数据,预设二者风速偏差<=3m/s、风向偏差<=20°为有效数据样本,研究两者在不同风速、风向范围和不同高度、时次、降水条件下风向、风速数据对比及相关性分析。结果表明：（1）风廓线雷达和探空的风速、风向均具有较好的正向相关性;（2）在不同高度下,且无论有无降水或任意时次,风速有效样本比率大体上高于风向有效样本比率,500米左右高度以下有效样本比率总是最小（不足50%）,而中高层较大;（3）不同时次对风速、风向数据有效性影响不大;（4）有降水时风速、风向有效样本比率比无降水时偏小且变化剧烈;（5）除东北（20°-40°）和西南（200°-260°）风向外,其他方位风向数据一致性较差;（6）除大于24m/s的风速外其他大小风速均具有较好的一致性。