乌鲁木齐市边界层日变化特征

利用乌鲁木齐市晴天CFL-03型风廓线雷达观测资料,分析了边界层日变化特征。得出结论如下:边界层结构季节变化明显。冬、春季300~600m以下风速较小,小于3m/s,且愈近地面风速愈小;以上风速大、风向恒定,基本为东南大风。夏季和秋季风速比冬季和春季小,流场特征较复杂,水平风速和风向变化较活跃,存在明显的风切变。折射率结构常数春、秋和冬季比夏季分别小1个、3个和1~3个量级;夏季最大,集中在10~(-16)~10~(-13) m~(-2/3)之间。春、夏和秋季晴天湍流动能耗散率量级分别在10~(-6)~10~(-2) m~2·s~(-3)、10~(-4)~10~(-3) m~2·s~(-3)、10~(-6)~10~(-3) m~2·s~(-3)之间;白天比夜间约大1个量级。晴天折射率结构常数和湍流动能耗散率日变化特征与风场日变化特征有较好地对应关系,即湍流发展旺盛的区域与风速较大的区域相一致。风廓线雷达资料反演的湍流动能耗散率对春季和夏季边界层结构日变化演变特征的监测较好。夏季夜间稳定边界层约400~500m,残余层可达到约1800m,对流边界层可发展到约2500m,混合层约2200m,夹卷层约300~400m。     

基于风廓线雷达的对流边界层高度的确定

大气边界层高度对于天气、气候和大气污染研究是一个至关重要的参量。对流边界层(Convective Boundary Layer,CBL)顶部的夹卷过程造成温度和湿度垂直梯度增强,导致这一层的折射率结构常数C■变高。C■的这种垂直分布特征经常被用来定位出CBL高度Z_i。本文利用2010年7—8月天津大港的风廓线雷达数据推断出CBL高度Z_i,对于多重C■峰值或不明确的C■峰值,本文改进了对Z_i的测定,分别讨论了C■最大后向散射法与C■和垂直速度方差(σ■)相结合的新方法的适用性。研究显示:(1)C■廓线具有单峰时,最大后向散射强度法能正确估计CBL高度,这种情况往往对应的是晴天。CBL上存在的残留层或云层引起的温湿起伏变化导致C■廓线具有双峰甚至多峰时,最大后向散射强度法可能会错误估计CBL高度;(2)C■和σ■结合的方法不仅与晴天时C■最大后向散射法有较好的一致性,而且可以将CBL造成的C■峰值从云层造成的C■峰值中区分出来,从而正确估计CBL高度;(3)一般而言,对流边界层中存在有明显的、破碎或者分散不明显的云时,C■和σ■结合的方法都能较好地识别出CBL对应的C■峰值。但由于边界层中的情况极为复杂,C■和σ■结合法也会因不同的原因而错误估计CBL高度。     

丘陵地区大气边界层风廓线雷达适用性分析

本文利用2010年夏季福建省三明市开展的大气扩散实验资料,研究了大气边界层风廓线雷达在福建丘陵地区的适用性,并探讨了风廓线雷达探测的误差特征和修正方法。结果表明：大气边界层风廓线雷达水平风场的探测结果在300~2 000 m高度范围的偏差与高度和风速具有一定统计关系;通过与100 m气象铁塔水平风场资料对比,说明风廓线雷达对丘陵地区低层大气风场的探测具有一定局限性。经过修正的风廓线雷达探测结果可以较好地反映实验区域大气边界层水平风场的垂直结构。     

丘陵地区边界层风廓线雷达数据统计特性分析

采用数据获取率来分析和评价风廓线雷达的探测能力, 对通过2012年的风廓线数据进行统计分析。结果表明:数据获取率和信噪比都随季节变化, 夏季探测能力大于冬季。按照数据获取率达到80%的要求, 确定边界层风廓线雷达无降雨天气有效探测高度为3 km, 并确定低模和高模最佳衔接高度为0.6 km, 能够获得更好的数据获取率。在无降雨天气, 信噪比随高度呈现对数函数单调递减的变化规律, 夏季信噪比的衰减程度比冬季大;在降雨天气, 信噪比随高度呈现一次函数的变化规律, 其斜率范围在-10.44~-2.47之间, 而夏季信噪比的衰减程度比冬季小。     

乌鲁木齐风廓线雷达资料在暴雨天气过程中的应用

利用乌鲁木齐风廓线雷达提供的风场资料、自动站逐时降水量和NCEP/NCAR每6 h再分析资料（1°×1°）,详细分析了2012年5月19日15：00-20日04：00间乌鲁木齐暴雨天气过程。结果表明：高空急流与低空辐合区相配合产生的强垂直上升运动触发了此次暴雨天气;强降雨发生2 h前西北急流迅速下传,引发低层西北急流的加强,低层急流的加强与强降水有较好的对应关系,特别是1 500 m以下的西北急流;低层上升速度2 m/s可作为降水临界值,低层上升速度越大降水越强;强降水阶段整层大气折射率结构常数探测值在-128--120 dB之内,表明整层大气水汽充沛;风廓线雷达产品（垂直速度、折射率结构常数）清楚地反映降水的开始、结束以及降水的强度,可为精细化预报提供参考。     

利用LAP-3000型风廓线雷达资料对深圳地区湍流耗散率特征的研究

利用2010年1-2月深圳LAP3000型风廓线雷达资料, 对湍流耗散率进行了估算, 针对典型晴天条件下的湍流耗散率     

利用LAP-3000型风廓线雷达资料对深圳地区湍流耗散率特征的研究

利用2010年1-2月深圳LAP3000型风廓线雷达资料,对湍流耗散率进行了估算,针对典型晴天条件下的湍流耗散率ε、折射率结构常数C2n、水平风速和风切变,分析了其时空变化特征.得出如下结论:(1)深圳地区低空大气ε的量级在10-7 ～10-1 m2 ·s-3之间,与理论模拟值基本一致;(2)时间分布特征表现为,2 km以下ε有很明显的日变化特征,夜晚和上午ε较大,下午及傍晚减小;(3)空间分布特征表现为,ε随高度大致呈递减分布;ε量级达10-2.5 m2 ·s-3所在高度可作为深圳地区2010年1月14-15日边界层顶高度的判断依据.     

利用LAP-3000型风廓线雷达资料对深圳地区湍流耗散率特征的研究

利用2010年1-2月深圳LAP3000型风廓线雷达资料, 对湍流耗散率进行了估算, 针对典型晴天条件下的湍流耗散率ε、折射率结构常数C₂ⁿ、水平风速和风切变, 分析了其时空变化特征。得出如下结论: (1) 深圳地区低空大气ε的量级在10^-7~10^-1 m^-2·s^-3之间, 与理论模拟值基本一致; (2) 时间分布特征为, 2 km以下ε有很明显的日变化特征, 夜晚和上午ε较大, 下午及傍晚减少;(3) 空间分布特征表现为, ε随高度大致呈递减分布;ε量级达10^-2.5 m²·s^-3所在高度可作为深圳地区2010年1月14-15日边界层顶高度的判断依据。     

南京地区一次短时强降水风廓线雷达资料特征分析

利用边界层风廓线雷达探测的三个基本数据产品(垂直速度、大气折射率结构常数和速度谱宽)对2006年8月1日发生在江苏南京的一次短时强降水过程进行分析。结果表明:当垂直速度明显增大(从无降水时小于1m/s到降水临近前大于4m/s)、折射率结构常数(lg C2n)大于—11时,预示着降水的发生;且降水过程中,垂直速度、速度谱宽与降水量的变化趋势较一致,能够在一定程度上反映降水强度的变化。     

基于风廓线雷达的广东登陆台风边界层高度特征研究

针对8个登陆广东省的热带气旋,利用经过数据质量控制的风廓线雷达连续、高时空分辨率的风场观测数据,对热带气旋边界层特征进行了分析。研究结果表明:热带气旋边界层中切向风速大值区垂直范围越大、风速越强、持续时间越久,则热带气旋强度越大、登陆后强度维持时间越久。眼区外入流层厚度越大,入流层气流越强,热带气旋登陆后强度维持时间则越久。风廓线雷达信噪比垂直梯度对大气湍流信息有一定的指示作用,对于入流层高度在2000 m以下的热带气旋,其入流层顶所在高度与信噪比梯度最大值所在高度相近,对于入流层较为深厚的热带气旋,用信噪比垂直梯度确定的边界层高度虽接近入流层顶高,但仍有一定差距。不同特点的热带气旋其边界层高度并不相同,对于登陆后强度迅速减弱的热带气旋边界层高度在500~1000 m;登陆后强度持续时间短的热带气旋,其边界层高度约1000~2000 m;登陆后强度持续时间长的热带气旋,其边界层高度在2000 m之上,最高可达5000~7000 m。这些结果加深了对登陆台风边界层高度演变特征的认识。     

基于风廓线仪的华南地区夏季边界层湍流统计特征研究

采用双权重算法,使用2015年6—8月我国东南部业务风廓线雷达资料,通过湍流脉动垂直速度方差和偏度的计算和分析,对晴空和低云主导情况下的边界层湍流特征以及中小尺度局地环流对于边界层湍流的影响进行研究。主要结论如下:(1)晴天情况下垂直速度标准差和垂直速度偏度都具有明显的日变化特征,湍流主要由下垫面加热驱动发展;(2)在低云主导情况下,湍流明显弱于晴天对流边界层的湍流强度,边界层内湍流的发展不仅受地面加热的影响,而且在边界层上部存在明显的自上而下发展的湍流,这主要是由于边界层顶云辐射冷却造成的;(3)除了上述两种情况,边界层湍流发展同时受到局地中小尺度环流或者天气系统的影响,因而呈现出更多的复杂性。      

青藏高原大气边界层湍流特征量分析

采用１９７９年青藏高原气象科学实验资料,研究高原陆面上总体湍流送系数ＣＤ和ＣＨ的特征及边界层高度受高原地形的影响。结果表明用廓线法计算的高原上局地的ＣＤ和ＣＨ值比同样粗糙度长度条件下平原地区的值大得多,而且日较差也大于平原地区。     

圆形涡旋非线性大气边界层中风的分布

在圆形涡旋的行星边界层中,考虑梯度风随半径变化的一般情况,在K=l2|∂V/∂z|的假定下,解边界层运动方程得到风及边界层某些参数的分布.还计算了边界层顶部的垂直速度,并将其与某些其他工作中的垂直速度作了比较.     

边界层大气湍流特征的声雷达探测

声雷达可以直接测量温度脉动谱Φ_T(K_0)或温度结构系数C_T~2值。由于大气中谱的尺度很宽,在边界层大气中,用声雷达测得的Φ_T(K_0)或C_T~2是一个随机量,具有正偏态分布的特性,并满足对数正态分布。 从Φ_T(K_0)的频谱分析中得到,在频率为10~(-3)—3×10~(-3)秒~(-1)的范围内,存在着一个能量的峰值区,峰值和高频之间,能量的过渡带很陡。过去一般认为中尺度范围是大气谱段中能量的低值区。本文的分析发现,在中尺度范围内,无论在稳定或不稳定层结,经常存在着几分钟到十几分钟的周期活动,并对能量产生较大的贡献。这对今后大气湍流理论的研究,是一个值得注意的问题。此外,由于大气中谱尺度很宽,必须正确地选取气象要素或其它物理量的平均时间,才能获得稳定的气象要素的平均值。     

北京低层高空的风速分布

分析北京1954,1955两年气球测风的原始记录,根据500米高度上的风速,这些记录可以分作三类:大风,中风和弱风三种情形。中风情形的记录最多,因此根据中风情形记录所得到的平均风速分布较有代表性,本文对中风情形的实测风分布作了理论的研究。假定900米以下湍流系数 K 随高度改变,而且 K=(a-bz)~2;900米以上 K 为常数,则由湍流平均运动方程的确解所算得之风速分布几乎和实测者完全一致。最后,本文还讨论了所建议的根据实测风决定湍流系数 K 的方法,指出应用这种方法时所须注意之点。     

稳定条件下盆地上空大气边界层湍谱特征

本文利用100m~3系留气艇携带超声风温仪在复杂的盆地地形上空对1000m以下大气进行观测所获得的资料,研究小风稳定条件下大气边界层湍流结构特征。结果表明,在双对数坐标中,纵向速度u谱,垂直速度w谱,温度T谱在惯性区均遵循Kolmogorov的-2/3次律;横向速度V谱有其特殊的情形;协谱uw,wT及近地层的uT协谱在惯性区服从-4/3次律。和平坦、均一、开阔下垫面不同的是谱的峰值频率向高频移动,且没有发现近地层具有的谱峰随高度的明显变化关系。     

PLANETARY BOUNDARY LAYER HEIGHT MEASURED BY A WIND PROFILER BASED ON THE WAVELET TRANSFORM

Planetary boundary layer height (PBLH) is an important input parameter for any boundary layer study or model, either climate or atmospheric. The variation of the PBLH is also of great significance to the physical processes of numerical prediction, diagnosis of weather forecasting and monitoring urban pollutants. However, effective ways to monitor the PBLH continuously are lack. Wind profilers are commonly used in monitoring PBLH continuously because of its high temporal and spatial resolution, coupled with capability of continuous detection. In this paper, the covariance wavelet transform (CWT) is used to analyze the range-corrected signal-to-noise ratio (SNR) of the wind profiler to determine the PBLH, which is then compared with the results measured by the gradient method and the radiosonde. The conclusions are as follows: (1) The scaling parameter a and translation parameter b of the wavelet are critical in determination of the PBLH by applying the CWT as different values may get completely different results, which requires to select appropriate values in the calculation carefully. (2) Quality control is crucial in determining the PBLH because good quality control can help remove mutation points, which makes the determined PBLH more consistent with the actual situation. (3) In clear-air, the gradient method is not applicable if the boundary layer turbulence is inhomogeneous and the impact of noise is large for that it is easy to be impacted by the mutation of SNR caused by the atmosphere turbulence instability and other factors, which will cause large errors, while the CWT method as an improvement of the gradient method can determine the PBLH quite well. (4) Through quality control, the PBLHs determined by the CWT are consistent with those of radiosonde, and the correlation coefficient between them is 0.87.     

利用WRF对兰州冬季大气边界层的数值模拟

本文介绍了WRF中尺度模式的有关概况,分析了模式的物理结构,并利用WRF中尺度模式对河谷城市兰州冬季大气边界层的风场和温度场进行了数值模拟研究。模拟结果与观测事实基本一致,表明WRF模式具有良好的稳定性能。     

不同台风降水强度下风廓线雷达适用性

以2019年8月在浙江舟山对1909号超强台风“利奇马”的移动观测试验为基础,利用同一地点释放的9次GPS探空气球,对比了风廓线雷达和多普勒激光测风雷达与GPS探空的吻合程度,并利用车载雨滴谱仪对风廓线雷达在不同台风降水强度下的适用性进行了研究。结果表明,在100~300 m高度范围内激光测风雷达观测风速比风廓线雷达更准确。由水平风速对比结果可知,风廓线雷达在3~4 km高度范围内偏差最小(3.59 m/s),相关性最高(0.86),而在1 km高度下偏差最大(6.39 m/s),相关性最低(0.54);在中雨及大雨条件下适用性最差,最大风速偏差约为18 m/s。由水平风向对比结果可知,风廓线雷达与GPS探空总体上吻合较好,相关系数均大于0.85,均方根偏差均小于11 °。另外,降水强度对风廓线雷达的风向观测影响较小,风向偏差随降水强度的变化总体趋于平稳,基本分布在-20 °~20 °之间。