湖北省冻雨天气特征及其判定方法研究

利用常规地面气象站多时次气象要素和天气现象观测资料,以及武汉、宜昌和恩施的探空资料,对1998—2014年湖北地区冻雨天气的主要环流背景进行了分析,归纳了冻雨发生发展过程的气象要素和大气层结特征,给出了基于正负能量面积的冻雨发生定量化判断方法。结果表明:乌山阻高型和贝湖阻高型是导致湖北省出现冻雨天气的两种主要天气形势;2005年和2月是冻雨主要发生的年份和月份;共存在3种典型的气温层结演变特征,其中"暖雨-冻雨-固态"的气温层结演变最易导致持续时间长、影响范围大的冻雨天气;基于正负能量面积的冻雨判定方法为:3层层结时,正能量面积(A_(SP))小于80℃·hPa,负能量面积(A_(SN))小于400℃·hPa,且正负能量关系为(5.71A_(SP)-257.14)≤A_(SN)≤(6.25A_(SP)+200);2层层结时,ASP为350~650℃·hPa,A_(SN)为200~400℃·hPa,且正负能量关系为(A_(SP)-350)≤A_(SN)≤(ASP-100)。     

对流边界层中泡状结构的大涡模拟研究

本文提出“连续垂直运动区”的概念，对边界层中的对流泡状运动进行了重新定义。由此将对流边界层划分为上升泡区、下沉泡区和环境气流区，并利用大涡模拟提供的对流边界层数值模拟结果研究这种泡状运动的结构。研究结果较好地解释了一些有关泡状运动结构方面的似乎相互矛盾的观测事实，并揭示了对流泡状运动的一些新的特征。     

华北地区典型污染天大气气溶胶飞机探测个例分析

利用2005年10月17日华北地区一次典型污染天气条件下的飞机探测资料,对石家庄和邯郸气溶胶的微物理特征进行了对比分析,初步讨论了该天气条件下大气气溶胶污染的微观特征和可能原因。结果表明,观测当天石家庄和邯郸地区的气溶胶粒子浓度很高,边界层内气溶胶平均数浓度为103cm-3量级,最高值出现在近地面附近,达到104cm-3量级;边界层以上的数浓度基本都在103cm-3量级,属于空气污染比较严重的一次过程。造成污染的原因是该日晴天风小,大气湍流较弱,不利于污染物扩散和稀释。基于美国国家海洋和大气局(NOAA)后向轨迹模式(HYSPLIT4)对颗粒物进行溯源和追踪分析,发现造成气溶胶浓度较高的气块传输路径主要为西北和偏西路径,境外源主要来自蒙古国,境内源主要来自我国西部,途经甘肃、宁夏、陕西及山西后进入河北。     

不稳定边界层下地形重力内波

水槽实验及线性理论研究表明,当低层大气处于近中性或不稳定时,如果地形引起的动力扰动足够强,地形扰动可在上部稳定层结中激发出重力内波,波动反过来影响低层流场,引起动量输送。低层大气处于近中性或不稳定时,地形波同样对大气运动可产生波阻,这应引起模式工作者的重视。最后讨论了大气粘性对中性或不稳定层结下地形波的影响。     

大气边界层湍流能量交换特征研究进展

从一维湍流能量平衡方程出发,回顾了近几十年湍流能量平衡方程中的各项以及Karman常数k的研究成果,总结了大气边界层湍流能量交换特征的研究概况和热点问题,并对今后发展趋势做了展望。实验研究表明,湍流能量平衡方程中的各项在不同条件下有不同的形式;传统的能量产生和耗散的局地平衡假设存在不足,特别是在不稳定条件下,垂直的湍流输运和压力脉动对湍流能量收支起了非常重要的作用。Karman常数与Rossby数和Reynolds数无关,在比较光滑的下垫面上k近似等于040±001。     

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.     

云贵高原西部大理地区近地层湍流特征分析

利用大理国家气候观象台2007年3—12月观测资料,采用涡动相关法等计算方法分析了该地区湍流强度、湍流方差、湍流通量等特征量的日变化和干湿季变化特征。结果表明,湍流强度干季大于湿季;湍流方差与稳定度满足1／3次方定律,风速方差在稳定条件下比不稳定条件下离散,水平方向比垂直方向离散;湍流通量有明显日变化特征,感热、动量通量干季大于湿季,潜热通量湿季大于干季,干湿季热量交换以潜热为主;干季能量闭合率大于湿季;不同风向条件下平均水汽密度存在差异.     

Equilibrium Evaporation and the Convective Boundary Layer

A theory is developed for surface energy exchanges in well-mixed, partlyopen systems, embracing fully open and fully closed systems as limits.Conservation equations for entropy and water vapour are converted intoan exact rate equation for the potential saturation deficit D in a well-mixed, partly open region. The main contributions to changes in D arise from (1) the flux of D at the surface, dependent on a conductance g_q that is a weighted sum of the bulk aerodynamic and surface conductances; and (2) the exchange flux of D with the external environment by entrainment or advection, dependent on a conductance g_e that is identifiable with the entrainment velocity when the partly open region is a growing convective boundary layer (CBL). The system is fully open when g_e/g_q , and fully closed when g_e/g_q 0. The equations determine the steady state surface energy balance (SEB) in a partly open system, the associated steady-state deficit, and the settling time scale needed to reach the steady state. The general result for the steady-state SEB corresponds to the equations of conventional combination theory for the SEB of a vegetated surface, with the surface-layer deficit replaced by the external deficit and with g_q replaced by the series sum (g_q ^-1 + g_e ^-1)^-1. In the fully open limit D is entirely externally prescribed, while in the fully closed limit, D is internally determined and the SEB approaches thermodynamic equilibrium energy partition. In the case of the CBL, the conductances g_q and g_e are themselves functions of D through short-term feedbacks, induced by entrainment in the case of g_e and by both physiological and aerodynamic (thermal stability) processes in the case of g_q. The effects of these feedbacks are evaluated. It is found that a steady-state CBL is physically achievable only over surfaces with at least moderate moisture availability; that entrainment has a significant accelerating effect on equilibration; that the settling time scale is well approximated by h/(g_q + g_e), where h is the CBL depth; and that this scale is short enough to allow a steady state to evolve within a semi-diurnal time scale only when h is around 500 m or less.     

旋翼无人机盐城试验观测资料分析及其在一次浓雾天气观测中的应用

2018年3月28—30日、6月20—26日和9月5—13日在江苏省盐城市射阳站开展了旋翼无人机大气边界层垂直结构观测试验,并与L波段雷达探空资料进行对比,验证无人机观测资料精度。结果表明无人机观测的温度、相对湿度、风向、风速廓线与探空观测资料具有较好的一致性。二者温度、相对湿度的相关系数均为0.98,温度绝对偏差为0.57℃,相对湿度绝对偏差为4.25%,风向相关系数为0.98,绝对偏差为11.5°,二者风速的相关系数为0.91,绝对偏差为1.88 m·s~(-1),且无人机探测的风速为对应高度上的瞬时风速,可以更好地反映出边界层内风速细节变化特征。试验期间,无人机观测到一次夏季浓雾过程边界层结构细致变化特征,其观测的雾的边界层结构特征和宏观特征与探空观测基本一致。验证结果表明无人机在边界层气象观测中具有很好的应用前景。     

绥中一次暴雪伴雷电天气过程的成因分析

为了探讨绥中一次暴雪伴雷电天气过程的成因,利用常规观测资料、NCEP每6h间隔的1°×1°的再分析资料和营口多普勒雷达的资料,分析此过程的天气形势特点、高低空急流的作用、雷达回波的特征及反映动力、热力和水汽条件的相关物理量场的特征。结果发现:雷电发生在对流层中层的西南风急流和底层偏东风均处在最强的时刻,当对流云团发展到-20℃温度层时,温差起电产生雷电;雷电发生在低层850hPa附近存在的逆温层消失之后,同时配合低层水汽的辐合,产生了暴雪天气;雷电和强降雪发生在大气底层南风和北风转换的过程中,强降雪的时间与冷空气扩散加强的时间比较一致,当冷空气扩散到整个大气底层时强降雪结束;引起雷电和强降雪的对流不稳定层结主要处在对流层中层,并为上升运动的发生提供了动力和热力条件,促使雷电发生和强降雪的维持。