2018年春季北京一次沙尘天气边界层特征及来源分析

2018年3月27—28日,内蒙古中东部、中国东北地区、华北等地出现一次大范围沙尘天气.28日凌晨,沙尘进入北京,受此影响北京出现了严重的污染天气.本文利用中国气象局地面常规观测资料、气溶胶激光雷达、风廓线雷达资料、生态环境部大气成分等资料分析了北京沙尘天气前后边界层特征、沙尘来源以及沙尘天气前后大气污染特征.结果表明...     

辽宁中部地区持续性污染的天气分型

利用NCEP全球再分析资料和地面大气成分观测资料,根据大尺度天气背景,将2010—2012年出现在辽宁中部地区的全部持续性大气污染过程划分为5种类型:蒙古高压型、变性高压型、蒙古气旋型、弱低压型和江淮气旋型。进一步的边界层物理机制研究表明:江淮气旋型与蒙古高压型污染的区域水平气流辐合、垂直的气流输送、大气层结稳定度都比较相近,只是前者的逆温强度更大。相比以上两种类型,其他三种类型的水平辐合程度相当,但下沉气流、大气层结稳定度和逆温现象要明显偏弱甚至未出现。     

基于多普勒测风激光雷达的低空急流观测研究

基于相干多普勒测风激光雷达于2018年8月在山东德州获取的为期一个月的风廓线观测数据,进行了低空急流的判定、识别与统计分析。参考BONNER对低空急流的判定标准,对1 500 m高度以下的每10 min平均风廓线数据进行低空急流识别与统计,急流发生频率仅为3.6%。参考张世丰对低空急流的判定标准,统计了350 m高度以下10 min平均风廓线的低空急流风速、高度、风向及风切变等结构特征。急流发生频率为24.9%,急流速度主要介于6～10 m·s-1之间,急流高度出现3个峰值,分别位于110 m、160 m和220 m左右,急流风向主要为偏东风和偏南风。结果表明,多普勒激光雷达可以获取高时空分辨率的风廓线数据,进而可以有效检测低空急流结构的存在及其特征。     

北京秋季一次重污染过程的成因分析

近年来,北京的大气环境问题日益受到关注。以2002年10月8—13日北京地区一次重污染过程为例,采用中国气象局的MICAPS系统和美国的HYSPLT模式,分别从污染过程产生的天气条件、污染物输送轨迹等方面分析研究此次空气污染的形成原因。结果表明：造成此次重污染过程的不利因素主要包括三个方面,一是较强的海平面高压、均压场控制导致北京地区垂直大气层结稳定,不利于污染物垂直扩散;二是北京地区三面环山,导致近地面为弱的偏南气流控制,不利于污染物水平扩散;三是近地面弱的偏南气流从江苏、山东、河北、天津等地携带了大量的污染物向北京地区输送。     

四川盆地一次持续性雾霾天气过程分析

利用空气质量监测资料、NCEP分析场资料、常规气象观测资料,对2014年1月22日~2月4日四川盆地一次持续性雾霾天气过程的特点及环流背景进行了分析。结果表明:此次持续14天的雾霾天气过程发生在中高纬纬向型环流背景下,青藏高原到四川盆地的西风气流不利于冷空气南下以及降水的产生,同时我国大部分地方处于地面高压内的均压场中,气压梯度力小,近地面风速小,有利于雾霾的形成和维持。大气混合层高度的变化对雾霾之间的转换有很好的指示作用,霾的混合层高度比大雾和轻雾的高,且霾的相对湿度比低,温度露点差比雾大,逆温强度比雾弱,这些都为雾霾之间的转换预报提供了很好的参考依据。     

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.     

基于激光雷达和微波辐射计观测确定混合层高度方法的比较

利用苏州地区2010年1月4,7,16日和2月4日4天的激光雷达及微波辐射计观测资料,比较了不同遥感手段探测晴天大气混合层高度的差异,发现试验期间该地区的混合层高度在300~1500 m之间。利用梯度法、标准偏差法、小波法从激光雷达数据中提取混合层高度并进行了对比,结果表明三种方法都能较好地反演混合层高度并且一致性较好,三者差异主要存在于大气边界层的发展和消亡阶段;梯度法和小波法结果无明显差异,而标准偏差法结果稍高于其他方法。在此基础上,利用微波辐射计探测的大气温度,使用温度梯度法估算大气混合层高度,并与激光雷达探测结果进行了比较,结果表明,大多数情况下激光雷达探测结果高于微波辐射计观测结果;两种遥感手段有较好的相关性,相关系数为0.76。激光雷达同微波辐射计结果存在差异,尤其是在边界层的发展和消散阶段,这是由两种遥感手段探测原理不同造成的。     

贵阳市严重二氧化硫污染的天气背景分析

本文通过对１０年二氧化硫ＳＯ２浓度资料的统计，对其中ＳＯ２高浓度污染以及与之相对应的天气系统，环流背景作进一步的研究，结果表明：在经向度较大时稳定高压系统影响下的层结是造成贵阳市严重ＳＯ２污染的重要因素。     

Determination of the Atmospheric Boundary Layer Height from Radiosonde and Lidar Backscatter

The height of the atmospheric boundary layer is derived with the help of two different measuring systems and methods. From radiosoundings the boundary layer height is determined by the parcel method and by temperature and humidity gradients. From lidar backscatter measurements a combination of the averaging variance method and the high-resolution gradient method is used to determine boundary layer heights. In this paper lidar-derived boundary layer heights on a 10 min basis are presented. Datasets from four experiments – two over land and two over the sea – are used to compare boundary layer heights from both methods. Only the daytime boundary layer is investigated because the height of the nighttime stable boundary layer is below the range of the lidar. In many situations the boundary layer heights from both systems coincide within ±200 m. This corresponds to the standard deviation of lidar-derived 10-min values within a 1-h interval and is due to the time and space variability of the boundary layer height. Deviations appear for certain situations and depend on which radiosonde method is applied. The parcel method fails over land surfaces in the afternoon when the boundary layer stabilizes and over the ocean when the boundary layer is slightly stable. An automatic radiosonde gradient method sometimes fails when multiple layers are present, e.g. a residual layer above the growing convective boundary layer. The lidar method has the advantage of continuous tracing and thus avoids confusion with elevated layers. On the other hand, it mostly fails in situations with boundary layer clouds     

北京市秋季城区和郊区大气边界层参数观测分析

应用2001年9月北京城区和郊区同步大气边界层观测资料,对大气边界层热力和动力参数进行了计算分析.结果表明:北京市秋季,逆温出现的时间城区滞后于郊区;逆温层高度城区大于郊区,200m通常为郊区的逆温层顶和城区的逆温层底部;逆温层强度城区弱于郊区;城市热岛强度为3℃;城区感热通量的输送大于郊区;城区下垫面粗糙度远大于郊区;郊区总辐射和紫外辐射的强度明显大于城区.     

北京城区大气边界层高度的反演研究

采用北京市国家大气探测试验基地2017年5月1日至2019年8月31日的微波辐射计观测结果,通过位温气块法反演了该地区的大气边界层高度,统计其日变化和月际变化特征,并与相应的探空反演结果进行对比.结果表明:日间大气边界层高度的变化特征与日照时长对应关系很好.除热力作用外,边界层高度受地面风速的影响较大,近地面的较强大风...     

北京地区一次强沙尘暴过程的大气边界层结构和湍流通量输送特征

利用中国科学院大气物理研究所北京325 m气象塔的风速和温度平均场观测资料和湍流资料,以及北京市气象台地面常规气象资料和逐日08:00和20:00(北京时间)的探空资料,分析了2002年3月18～22日沙尘暴过境前后北京城市边界层结构特征和湍流输送特征,结果表明:1)在沙尘暴爆发前,边界层中水平风速一直较小;气温较高,大气层结稳定,在边界层上部有强大的逆温层.随着冷锋过境,沙尘暴爆发,边界层中水平风速和平均湍流速度急剧增强;温度也突然变化,先迅速增强后又持续下降,逆温层迅速被破坏.2)沙尘暴初期,280 m上为系统性上升气流,而47和120 m则为系统性的下沉气流.随着沙尘暴爆发,湍流动能、向下传输的动量以及向上传输的感热也迅速增大,并且120 m高度的湍能、动量通量以及感热通量明显高于47和280 m,这与北京的局地环流有关.3)本次沙尘暴过程中,120和47 m层的摩擦速度都明显超过了北京的临界摩擦速度,表明局地起沙也是本次沙尘暴过程中北京沙尘的一个重要沙源.     

北京地区一次特大强风过程边界层结构的研究

利用北京325 m气象塔资料对1993年4月9日北京地区出现的一次特大强风过程的边界层结构（风、温、风切变及阵风特征）进行了分析。随着该次大风的过境，边界层内风场出现数个风速高值中心，高度位于200～300 m，时间间隔1～3 h。伴随上层风速垂直切变和阵风特性。湍流能谱的计算结果表明了大尺度涡旋对边界层湍流微结构的影响。     

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。     

Lidar and Sun photometer observations of atmospheric boundary-layer characteristics over an urban area in a mountain valley

We present measurements of the vertical aerosol structure and the aerosol optical depth in the lower troposphere performed above the city of Sofia (an urban area situated in a mountain valley), western Bulgaria by means of a ground-based aerosol lidar operating continuously for a number of years. The lidar measurements were accompanied by measurements of the aerosol optical depth (AOD) in the visible and near infrared regions of the spectrum performed in October 2004 using Microtops II radiometers. The maximum values of the AOD were found to occur 1–2 h before the complete development of the atmospheric boundary layer, i.e. during the residual layer destruction, which confirms our hypothesis concerning the slope circulation effect on the processes taking place in the atmospheric boundary layer. The AOD values obtained by the lidar are lower than those taken by the sun photometer. Further, the AOD exhibits two different types of behaviour. In the case of a ‘clear atmosphere’ (i.e. in the absence of volcanic eruptions and/or dust transport from the Sahara) most of the aerosol accumulated within the atmospheric boundary layer over the urban area considered. The combined use of the two instruments allows the comparison between the optical characteristics of the atmospheric aerosol (e.g. aerosol extinction coefficient, etc.) obtained by the lidar and through an independent method (sun photometer).     

大气边界层湍流温度序列的信息熵分析

利用大气边界层内近地面的大气湍流温度时间序列，运用功率谱分析、信息熵分析等方法，分析了大气边界层内近地面的大气湍流特点，并对稳定层和不稳定层的大气湍流进行了对比。结果表明，信息熵和功率谱指数是区别稳定层结和不稳定层结大气边界层湍流特征的指标，对造成两者之间的差别做出了对应的解释。     

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。