梅雨锋上两类中尺度对流系统形成的边界层特征

采用具有较高时空分辨率的地面观测资料以及WRF（Weather reasearch and forecasting）模式输出资料,分析了2009年6月29一-30日梅雨锋暴雨过程中两类不同的中尺度对流系统（rnesoscale convective system,MCS）边界层特征及边界层对两类MCS的触发维持机理,重点分析了海平面气压场特征、边界层冷池、干线及其在MCS中的影响。结果表明：两类中尺度对流系统的海平面气压特征存在着明显的差异,对流爆发阶段地面风场存在辐合线,再次激发阶段气压场呈“跷跷板”型的中尺度扰动,即由前置中低压和后置中高压组成,最强的对流带位于中低压和中高压之间的过渡区内;边界层辐合线是第一类中尺度对流系统（MCSl）维持的重要因素;MCSl爆发后边界层冷池生成,冷池前的冷出流与低层环境风产生的强辐合触发了第二类中尺度对流系统（MCS2）;存在于中低压和中高压之间的中尺度干线是MCS2的重要特点之一。     

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。     

绿化对冬季山谷城市边界层结构影响的数值模拟研究

利用RAMS模式模拟了兰州南北两山绿化对冬季兰州城市边界层结构的影响。结果表明:两山绿化改变了近地面的温度场和风场,从日平均温度来看,绿化在兰州冬季表现为明显的增温效应;从风场来看,白天14:00南山的谷风环流增强,北山变化不明显;晚上02:00北山的山风环流明显增强,南山则出现相反的情况;绿化改变了地表能量平衡,绿化后由于地表反照率的减小,使得到达地面净辐射增加,增加的净辐射其中一部分以感热的形式来加热大气;绿化后地气之间的湍流交换增强,增加了大气不稳定度,减弱了白天城市上空的悬浮逆温;本文还讨论了不同绿化布局对白天悬浮逆温的影响。     

GNSS海面散射信号的海面风场遥感

首先介绍了GNSS-R海洋遥感的发展过程,简要叙述了利用GNSS信号进行海洋动力学遥感测量的基本原理;然后分析了接收机天线的部分参数对GNSS信号可见数量的影响;最后详细阐述了GNSS海面散射信号的理论模型,该模型是利用几何光学限制的基尔霍夫近似建立起来的,并根据理论模型进行了数值仿真试验。结果证实了通过散射信号功率波形来反演海面风场理论上的可行性。     

Monte-Carlo模拟与经验路径模型预测台风极值风速的对比

台风是我国东南沿海区域每年发生的严重自然灾害之一。本文分别采用传统的Monte-Carlo模拟方法以及较为先进的经验路径模拟方法预测中国东南沿海区域台风的极值风速(10 m高度处10 min平均值),并对两种方法的预测结果进行了对比。本文将东南海岸线向内陆扩展约200 km的区域划分为0.25°×0.25°的网格,以每个网格点作为研究点。首先采用Monte-Carlo模拟方法产生每个研究点1 000年间的虚拟台风事件。然后采用经验路径模型方法构建了西北太平洋1 000年的热带气旋事件集,采用模拟圆方法从中提取对各个研究站点有影响的台风事件。接着采用Yan Meng风场模型计算每个研究点台风的最大风速,构成极值风速序列。最后采用极值分布模型预测每个研究点不同重现期的极值风速,并对两种不同方法预测的结果进行了对比。研究发现在研究区域的内陆侧经验路径方法预测的风速略高于Monte-Carlo模拟方法预测的结果,而在海岸沿线一带经验路径方法预测的结果略低,这主要是由两种方法构造的虚拟台风的中心压强存在差异以及模型本身的不确定性造成的。本文的研究结果可以为防灾减灾系统提供有益的参考。     

解耦的海洋性层积云顶边界层湍流与云微物理特征

基于POST观测计划中获得的海洋性层积云顶边界层内高频气象资料和云微物理资料,在选取解耦个例基础上研究解耦边界层湍流和云微物理特征及成因。结果表明,过渡层的大气静力稳定度较强,抑制向上浮力做功,使得湍流动能迅速消耗殆尽,实现边界层解耦。湍流动能最大值出现在云内,主要与云顶降温、大云滴下落沉降拖曳带来的下沉气流增强及云底之上附近凝结增长潜热释放产生向上浮力作用有关。近地面层的浮力项和切变项对湍流动能都起到增强作用,并以切变项的贡献更为显著,云内的湍流动能是以浮力项贡献为主。过渡层附近存在向下的热通量,抑制了热量向上输送和向上浮力项的增强,促进解耦发生。云内存在向上感热通量,其最大值及其出现高度主要与云顶冷却和云中下部的凝结潜热加热有关。云顶之上湿层促进了潜热通量的向下输送,增强了云内水汽含量,为解耦边界层云的发展起到正反馈作用。云顶浮力倒转引起的云中湍流混合呈现非均匀性,并进一步导致绝热或超绝热液滴出现,促进凝结和碰并增长的增强,同时云顶之上湿层进一步对云中的微物理增长起到了重要的推动作用。云底因夹卷混合表现为均匀混合特征。     

基于高分辨率风场的海洋近惯性能通量计算——时空特征及其影响因素

基于高分辨率CFSR(climate forecast system reanalysis)风场资料、气候态海洋混合层厚度资料和卫星高度计海面高度异常资料,本文估计了大气风场向全球海洋混合层的近惯性能通量和近惯性能量输入功率,并探究了混合层厚度、风场时间分辨率、经验衰减系数和中尺度涡旋涡度对近惯性能通量和能量输入功率的影响。浮标实测风场和流速表明,本文所用的风场和阻尼平板模型可用于估计风场向全球海洋的近惯性能通量。本文计算得到的大气向全球海洋输入近惯性能量的功率为0.56TW(1TW=10¹²W),其中北半球贡献0.22TW,南半球贡献0.34TW。在时间上,风场的近惯性能通量呈现各个半球冬季最强、夏季最弱的特征,这和西风带风场的季节变化有关。在空间上,近惯性能通量的高值海域为南、北半球西风带海洋,尤其是南大洋。混合层厚度和风场空间不均匀性使得西风带近惯性能通量呈现纬向变化,即海盆西部强于海盆东部。风场时间分辨率对近惯性能通量的估计至关重要,低时间分辨率风场对近惯性能通量的低估达到13%—30%。阻尼平板模型中的经验衰减系数对近惯性能通量估计的影响不超过5%。中尺...     

大气边界层数值模式的发展

本文简要介绍了目前较为常用的一些边界层数值模式及其发展概况，同时也介绍了一些常用的模拟方法及各自的优缺点，最后简述了边界层数据模拟的发展趋势。     

重庆辐射雾的声雷达回波与大气污染特征

结合气象观测和大气边界层探测资料，分析了１９９０年１月２日重庆雾的声雷达回波特征，并与１９８９年１２月３０日雾的回波作了比较。结果表明，雾顶回波高度与逆温和相对湿度的转折高度一致；雾顶回波在雾的成熟期呈现波动，在消散期有一下降过程。上午大气污染物地面浓度的变化与逆温混合层状况有密切关系，混合层较薄且持续时间较长时，地面浓度较大     

两类短时强降水天气边界层气象要素变化特征

本文基于2013—2015年北京铁塔的气象观测数据,结合VDRAS、地面自动站、NCEP再分析资料等,将短时强降水个例分为地面辐合线型和无地面辐合线型两类,并着重对两类短时强降水天气的边界层气象要素演变特征进行分析,寻找短时强降水发生的预报信号。结果表明:根据铁塔气象要素变化基本无法预判无地面辐合线型强降水的发生;而铁塔气象要素变化对地面辐合线型短时强降水发生具有一定预报指示意义,地面辐合线型在强降水发生前1h,温度和位温减小,温度变率显著增大,最大达每分钟下降0.35℃;在强降水开始前3h,地面至325 m比湿增大,降水开始前20 min,比湿减小3.5g·kg~(-1);低空风切变在强降水开始前20min增大到"强烈"到"严重"程度,比湿跟低空风切变的提前量约为10～20min。因此,预报业务中关注铁塔气象要素及衍生物理量演变,对地面辐合线型短时强降水预报预警有一定指示意义。