南京夏季城市热岛时空分布特征的观测分析

利用2010年南京夏季城市热岛三维观测试验资料,分析了南京夏季典型天气条件下城市热岛的时空分布特征。结果表明,南京夏季高温晴天日平均热岛强度达1℃以上,夜间热岛强度稳定且强于白天,热岛分布具有方向性特征并与城市土地利用现状对应较好。白天,城市大气混合层的发展速度和高度均大于郊区;夜间,由于城市大气层结的不稳定及下垫面的粗糙特性,致使城市低空始终存在着一个对流混合层,其高度至少有250 m。城市下垫面高热量储存和强湍流输送的共同作用形成边界层内热岛,热岛强度总体上随高度递减,影响高度在白天约900 m、夜间约300 m。     

一次春季黄海海雾和东海层云关系的研究

结合多种观测数据和数值模拟结果对2011年3月12—13日的一次黄海海雾过程进行分析。观测数据分析表明:此次黄海海雾过程与东海层云之间存在密切的联系。地面高低压位置为水汽从层云区向北输送提供了有利的环流条件;黄海上空天气尺度下沉运动,加强了海洋大气边界层(MABL)层结的稳定性,MABL顶自南向北高度降低,有利于水汽在向北输送过程中不断向海面聚集;下沉导致的干层以及逆温层对海雾的发生发展起重要作用。模式结果进一步证明天气尺度下沉运动与MABL内的下沉在29°—30°N附近同位相叠加,使得该海区上空的下沉运动明显增强,边界层高度迅速下降。下沉可能会导致气块温度升高,云滴蒸发,来自层云区的水汽随流场向北向下输送逐渐接近冷海面凝结成雾,近海面水汽的平流输送使海雾进一步向北发展。本研究为海雾预报提供新的参考思路。     

南海冬季一次海面大风天气的WRF模式预报检验

为寻找出适合南海冬季海面大风天气预报的边界层参数化方案,利用中尺度气象模式WRF中9种边界层方案(YSU、MYJ、QNSE-EDMF、MYNN2、MYNN3、ACM2、BouLac、UW、GBM),对2012年12月29-31日的大风过程进行预报,并用最终分析资料(FNL)检验10 m风场预报。结果表明:风速风向预报的整体平均偏差相当,风向预报的均方根误差较风速大;风速风向与实况的相关随着预报时间增加,整体呈现下降趋势;各方案对海陆交界风速预报普遍偏大2 m/s以上,而在远离陆地的海域偏差较小;YSU方案对北部湾、东沙群岛、西沙群岛、南沙群岛4个海区风场的变化趋势均能较好预报;整体而言,南海大部分海域的预报偏差较小,YSU、MYNN2、MYNN3方案对风速预报较好,ACM2方案对风向预报较好。     

多旋翼无人机群自主探测大气边界层气象要素的模式分析

深入研究大气边界层气象现象的发生、发展、消散机制,需要获取三维同步气象要素数据,而现有探测技术与手段难以提供.因此,提出利用多旋翼无人机群进行自主探测大气边界层气象要素的探测模式,并就探测模式的背景与意义、特点与优势、流程与可行性,以及需要进一步研究的相关科学问题进行了分析,认为多旋翼无人机群自主探测大气边界层气象要素的探测模式针对性、灵活性、机动性、可操作性强,并具有自主动态同步探测、自主智能追踪探测等功能.     

高原东南缘大气近地层湍能特征与边界层动力、热力结构相关特征

基于云南省大理2008年3、5、7月GPS加密探空试验时段(14和02时)资料,结合边界层铁塔综合观测资料,采用温度梯度法、逆温强度法和涡动相关法分别计算高原东南缘对流边界层(convective boundary layer,CBL)及稳定边界层(stable boundary layer,SBL)顶高度,通过计算获取感热通量、潜热通量、湍流动能、切变项以及浮力项与大气动力、热力过程垂直相关特征综合分析,可发现湍能方程中浮力项、感热、潜热通量与NCEP再分析资料计算获取的大气视热源相关特征显著,这某种程度反映了高原东南缘近地层大气湍流动量、热量输送对低层大气视热源Q_1的重要贡献。低层视热源Q_1亦表现出与湍能方程分量类似的日变化周期,此特征反映了高原东南缘大气热源变化与下垫面水热过程及其湍流输送日变化密切相关;浮力项与湍能等项对大气低层热源与涡动特征、热力混合结构的形成有重要作用;低层大气视热源、水汽汇均与边界层高度有显著相关,综合分析结果某种程度描述了青藏高原东南缘近地层湍流动量、热量输送状况与低层大气热源,热力混合边界层结构的综合相关物理图像,初步探索了高原东南缘对流活跃区大气湍流运动与大气动力、热力过程相互作用特征。研究表明近地层湍流通量变化某种程度可反映未来局地大气视热源垂直结构变化的"强信号"特征。本文上述研究结论也可启发我们进一步关注近地层湍流通量异常变化特征及其对局地降水过程大气热源结构演变的影响问题。     

辐射雾局地爆发性增强原因探讨

利用常规气象资料、NCEP 1°×1°再分析资料、河北省高速公路专业气象自动监测资料以及天津市255 m气象铁塔梯度观测资料,对2010年12月21-22日发生在河北东北部沿海(以乐亭为代表站)和天津地区的一次历时短、局地性强的辐射雾爆发性增强原因及其边界层结构特征进行研究。结果表明,乐亭爆发性大雾的形成是由于低层暖湿气流受切变线的阻挡作用形成了弱水汽辐合,加上短波槽前弱冷空气和入夜后辐射降温共同影响所导致;副冷锋南下逼近天津境内时,渗透进低层的锋前弱冷空气是天津大雾爆发性发展的直接原因;同时,由于副冷锋南压过程中,锋后较强冷空气过境导致雾天气由北向南逐渐消散。雾过程中,始终维持着近地层湿冷、上层干暖的温湿结构。雾爆发性增强前,气温呈整体下降趋势的过程中存在小幅上升的现象,对局地浓雾的爆发有很好的指示意义。     

Spectrum Analysis of Wind Profiling Radar Measurements

Unlike previous studies on wind turbulence spectrum in the planetary boundary layer, this investigation focuses on high-altitude （1-5 km） wind energy spectrum and turbulence spectrum under various weather conditions. A fast Fourier transform （FFT） is used to calculate the wind energy and turbulence spectrum density at high altitudes （1-5 km） based on wind profiling radar （WPR） measurements. The turbulence spectrum under stable weather conditions at high altitudes is expressed in powers within a frequency range of 2 × 10-5-10-3 s-1, and the slope b is between -0.82 and -1.04, indicating that the turbulence is in the transition from the energetic area to the inertial sub-range. The features of strong weather are reflected less obviously in the wind energy spectrum than in the turbulence spectrum, with peaks showing up at different heights in the latter spectrum. Cold windy weather appears over a period of 1.5 days in the turbulence spectrum. Wide-range rainstorms exhibit two or three peaks in the spectrum over a period of 15-20 h, while in severe convective weather conditions, there are two peaks at 13 and 9 h. The results indicate that spectrum analysis of wind profiling radar measurements can be used as a supplemental and helpful method for weather analysis.     

波浪及波流边界层泥沙起动规律

基于波浪边界层理论及单向流泥沙起动Shields曲线,推证出波浪泥沙起动Shields曲线;基于波流边界层理论,提出表述波流边界层动力特征的波流比因子X及非线性作用因子Y,并建立了Y与X的相关关系;在此基础之上,结合单向流及波浪泥沙起动Shields曲线,推证出波流共同作用下泥沙起动Shields曲线。结果表明:波浪泥沙起动Shields曲线在层流区与单向流光滑紊流区曲线保持一致,粗糙紊流区与单向流粗糙紊流区曲线保持一致,过渡区线型为折线,由层流区及粗糙紊流区曲线延长交汇获得;X及Y能够合理地表征波流边界层动力对比特征及非线性作用特征;波流泥沙起动Shields曲线介于波浪及单向流泥沙起动Shields曲线之间,随着波流比因子X的不同,依据非线性作用因子Y,自动在波浪及单向流泥沙起动Shields曲线之间非线性过渡。建立的波流泥沙起动Shields曲线与试验结果吻合较好,且能够概括单向流、波浪及波流等不同动力及细沙、粗沙等不同粒径的泥沙起动条件。     

非平稳风沙运动研究进展

风蚀输沙起动条件与输沙率预测是风蚀预报、沙尘数值预报与风沙地貌演化以及防沙治沙工程研究所需的关键参数,因而一直是风沙物理学研究的重点课题。早期的研究主要关注稳态输沙过程,对野外实际输沙过程的预测存在相当大的误差。近年高频的实时同步输沙、风速测量显示:大气边界层近地表风速脉动强烈,因而导致野外实际输沙具有高度的时空变化。研究发现:风沙输运的非平稳特性与边界层湍流结构密切相关,因而会对沙粒起动条件判断、输沙率预测等产生影响。回顾了近20年中非平稳输沙研究在实验、理论以及数值模拟方面的进展,并提出了目前存在的问题和今后发展的趋势。     

自然界的降雪可作天然的实验环境 巨大风车气流实验成为可能

正围绕风力发电机的湍流模型模拟,通常都在风洞实验室中进行。而近日出版的英国《自然—通讯》期刊上报道的一个能源研究显示,利用自然界的暴风雪,可以打造一个天然实验环境,帮助我们增强对于风力发电中风车和大气相互作用的了解。这些研究结果可能帮助改进未来风力发电中风车的设计,进而助力风力发电厂的产能。风力发电机上的涡流结构,对风力发电机的产能以及和整个机构的机械负载都有潜在影