MODEL STUDY OF THE EFFECT OF SOIL NO EMISSIONS ON SURFACE OZONE

The effect of soil NO emissions on surface ozone in autumn in East China has been studied byusing TCTM(Troposphere Chemical Transport Model)with the input of meteorological variablesfrom RAMS.The chemical mechanism for ozone variation caused by soil emissions has also beeninvestigated.The model results reveal that soil NO emissions are important to regional ozoneformation and distribution and the effect of soil NO emissions shows spatial inhomogeneity.Ozoneover most areas in northern China decreases with maximum average decrement reaching 5 ppbwhile it increases over most areas of central and southern China with maximum average incrementreaching 7 ppb caused by soil NO emissions.This situation of ozone variation is mainly determinedby nonlinear photochemical mechanism.For the low NOx areas(≤3 ppb),ozone increases as NOxincreases;for the high NOx areas(>3 ppb),ozone decreases as NOx increases.The effect of soilNO emissions on ozone depends on the transition value and NOx concentrations.     

北极斯瓦尔巴德地区近地层大气观测研究 I.平均场特征

利用“中国科学探险协会2002年北极科学探险考察”期间, 在斯瓦尔巴德地区政府所在地朗伊尔宾城架设的两个自动气象站记录的气象资料, 分析了该地区气象要素平均值的日变化, 给出了这一极端环境区夏季近地层气象要素的基本物理图像: 太阳辐射、大气温度、地表温度和大气湿度等气象要素的日变化都呈单峰分布; 地气温差因地而异, 不同下垫面类型大气能量的源汇不同; 局地环流多种多样, 冰川风、海陆风、山谷风相互叠加, 主导风向各地不一。     

用小波系数谱方法分析湍流湿度脉动的相干结构

小波系数谱分析方法是结合小波分析和高分辨率谱分析的一种统计方法,可以用来同时识别时间序列中相干结构的生命尺度和出现周期,可以很好地描述相干结构的演变过程。基于此方法,作者分析了2004年11月在河北省白洋淀地区的陆地和岛上两个观测点（分别代表陆地和水面两种不同下垫面）湍流湿度脉动的相干结构特征,结果表明陆地和水上湿度序列的相干结构尺度分布相似,并且尺度与周期之间的关系一致:小于5 s的相干结构不连续出现,而且通常伴有更大尺度的相干结构,而5~30s的相干结构有与其尺度差不多的周期。在寻找更大尺度的相干结构时发现存在一个尺度,当大于某个周期时,在各个周期上这个尺度的相干结构都显著;与正交小波变换识别相干结构主尺度的方法识别的相干结构主尺度一致。另外,小尺度结构不连续出现也可以解释小尺度湍流能量变化比较大。     

不同下垫面湍流通量计算方法的比较研究

本文利用1990~1994年在中国内蒙古奈曼市半干旱地区沙丘和植被区下垫面观测的微气象数据,采用变分法、波文比能量平衡方法和空气动力学方法计算了7种下垫面（沙丘、草原、四种放牧强度的草地、玉米田）的湍流通量并进行了比较.结果表明：除沙丘和重度放牧草地外,三种方法计算的湍流通量在大多数时刻是比较一致的,相关性较高,能量闭合程度也较好.在用于计算植被相对茂盛下垫面的湍流通量时,变分法得到的结果更好一些.随着放牧强度的增大,地表生物量、覆盖率和植被高度相应减少,潜热和动量通量相应减小,而感热通量增大.草地等植被茂盛的下垫面能够增加垂直方向的动量输送,增加空气动力学粗糙度,减小风速,阻止地表沙粒的运动和沙丘的起伏,对防止沙漠化能起到较大作用.     

土壤含水量空间尺度分布非均匀对中尺度脉动量和通量的影响研究

本文采用RAMS（Regional Atmospheric Modeling System）模式模拟研究了没有背景风的情况下,土壤湿度非均匀分布的长度尺度分别为40km逐渐减小到2km时,地表通量的分布和大气边界层的响应.运用二维傅里叶变换,分析了地表通量、中尺度脉动量和中尺度通量的二维幅度谱分布,初步探讨大尺度模式中非均匀地表条件下的边界层参数化问题.分析结果显示各试验的地表水、热通量和中尺度脉动量的幅度谱的极大值都出现在与各自非均匀尺度相对应的波数处,当有不同尺度的非均匀斑块共存时,最大的非均匀尺度占主导.但是中尺度水、热通量的结果有所不同,除了在与各自非均匀尺度相对应的波数处有峰值之外,在其他波数还有多个峰值.这些结果表明地表水、热通量的空间分布尺度与非均匀尺度之间存在较好的对应关系,而中尺度水、热通量与非均匀尺度的关系并不明显,说明地表水、热通量的网格平均值的代表性较好,但是不能反映次网格脉动的影响,而中尺度通量的网格平均值的代表性较差.     

白洋淀地区非均匀大气边界层的综合观测研究——实验介绍及近地层微气象特征分析

介绍了国家自然科学基金重点项目 "地表通量参数化与大气边界层过程的基础研究" 在河北省白洋淀地区进行的两次综合观测实验(时间分别是2004年11月16～22日和2005年9月8～27日),这两次实验获得了大量宝贵的资料,全面深入的资料分析正在进行中.此文主要限于白洋淀地区水陆不均匀地表近地面层微气象特征的分析.结果表明: 陆地上近地面层的气温日变化比水域上的大,而风速比水域上的小,其中9月份陆地上白天的气温比水域上的高,夜间比水域上的低,11月份两地白天气温接近,但夜间陆地上的气温明显偏低; 无论是9月还是11月,水域上近地面层都是以下沉气流为主,而陆地则在中午前后存在弱的上升运动; 9月份,两地的近地面层短波射入辐射比较接近,但水域上的短波射出辐射比陆地上的大; 长波射入辐射则是陆地比水域的大,而长波射出辐射则是水域的比陆地的大; 两地的净辐射白天接近,夜间水域地区负的净辐射值明显比陆地的大; 9月份,水陆两地的感热通量相差不大,为150～200 W/m2,而潜热通量比感热通量大,天气晴朗时可达到300 W/m2; 11月份,陆地的感热通量比潜热通量大,为100～120 W/m2,而水域地区的感热通量则与潜热通量相当; 两地的潜热通量相差不大,一般不超过50 W/m2.无论是9月还是11月,水域地区夜间都存在水汽向下输送的逆湿现象,而陆地只在9月份存在逆湿现象.2005年9月份的水温观测结果表明,白洋淀水体平均温度比水表平均温度明显偏高,而且日变化幅度很小,水表平均温度则日变化较大.     

华北平原霾污染天气大气边界层空间结构综合观测——COATS实验

华北平原霾污染问题严重,霾污染的演变与大气边界层密切相关,但华北平原边界层理化过程的实验和理论研究尚且不足,仍有许多科学问题亟待解决.为此, 2016～2020年,北京大学联合中国气象科学研究院和中国科学院大气物理研究所,在华北平原开展了霾污染天气大气边界层空间结构综合观测COATS实验(Comprehensive Observation on the Atmospheric boundary layer Three-dimensional Structure during haze pollution). COATS实验空间上构成“点-线-面”的实验布局,全面获取了冬夏季边界层气象和环境要素的时空剖面及细颗粒物湍流输送资料.研究成果包括:给出了华北平原边界层结构及细颗粒物浓度的时空分布基本特征;揭示了持续性重霾天气的典型热力结构和低空急流的清除机理;阐明了太行山对边界层空间结构的调整是华北平原霾污染非均匀分布的重要原因,指出山地诱发的垂直环流可以促进高架污染层的形成,强调了大气内边界效应对污染物水平扩散具有约束作用;对比分析并定量估算了冬夏季边界层对霾污染的贡献;解析了边界层高度与地...     

北京325 m气象塔塔体对测风影响的数值模拟

安装在气象观测塔上的仪器进行风速测量时,气象塔塔体本身会对流场有一定的影响,使其附近局部流场发生变化,产生绕流和尾流,导致所测风场数据相对于真实风场值失真,利用计算流体力学软件Fluent对北京325m框架式气象塔周围的风场进行了模拟,给出流向风速在该塔伸臂上测风位置的失真情况,及风速失真大小随风向风速的变化规律,计算表明若伸臂处于迎风面,在测风点上的风速误差均小于5%,与实际观测一致,验证了北京325m气象塔风速伸臂设计的合理性。     

大气边界层的研究——从均匀到非均匀

主要从理论、试验角度对大气边界层的研究进行了简要的回顾,尤其对近年来倍受关注的非均匀地表条件下的边界层研究进行了较详细的介绍,并对大气边界层的研究进行了展望。20世纪50年代,Monin和Obukhov提出的Monin-Obukhov相似理论,为现代大气边界层物理学奠定了基础。之后进行的多次大型综合性外场试验,不仅揭示和发现了大气边界层中的许多现象和规律,也验证和发展了Monin-Obukhov相似理论。80年代以后,非均匀地表条件下的大气边界层研究越来越受到关注,一些新的现象被揭示,新的问题被提出,同时也提出了一些新的概念和研究方法。未来10 a,除大气湍流机理等需长期坚持研究外,还应进一步开展非均匀复杂下垫面边界层研究、城市边界层研究和局地边界层气象预报研究。     

北京地区一次典型大雾天气过程的边界层特征分析

利用中国科学院大气物理研究所325 m铁塔15层风、温、湿梯度观测资料和3层超声资料,对2002年12月1~4日发生在北京地区的持续大雾天气过程进行近地面层大气边界层特征分析。结果表明,近地面大气边界层较大的相对湿度(70%)、较小的风速(3.0 m.s-1)和风速垂直切变(0.02 s-1)、稳定的层结结构以及较低的气温是北京持续大雾天气形成的主要原因。冷空气的侵入使得边界层相对湿度迅速减小,风速和风速垂直切变增大,破坏近地面大气边界层的结构,导致大雾的消散。分析还发现,大雾的维持与消散主要受风场等动力因素的影响,热力层结是大雾维持和消散的必要条件。冷空气的侵入自上而下影响平均风场,而对湍流风场的影响则是自下而上的。尺度分析结果表明,大雾期间,近地面边界层内中尺度动量通量和感热通量都大于湍流尺度的,中尺度动量通量与平均风速基本呈反相关;冷空气的侵入使得湍流通量显著加强,是导致大雾天气消失的主要原因。