TURBULENCE STRUCTURE IN A STRATIFIED BOUNDARY LAYER UNDER STABLE CONDITIONS

Turbulence structure in stably stratified boundary layers isexperimentally investigated by using a thermally stratified wind tunnel. Astably stratified flow is created by heating the wind tunnel airflow to atemperature of about 50 °C and by cooling the test-section floor to asurface temperature of about 3 °C. In order to study the effect ofbuoyancy on turbulent boundary layers for a wide range of stability, thevelocity and temperature fluctuations are measured simultaneously at adownwind position of 23.5 m from the tunnel entrance, where the boundarylayer is fully developed. The Reynolds number, Re, ranges from 3.14× 104 to 1.27 × 105, and the bulk Richardson number, Ri,ranges from 0 to 1.33. Stable stratification rapidly suppresses thefluctuations of streamwise velocity and temperature as well as the verticalvelocity fluctuation. Momentum and heat fluxes are also significantlydecreased with increasing stability and become nearly zero in the lowest partof the boundary layer with strong stability. The vertical profiles ofturbulence quantities exhibit different behaviour in three distinct stabilityregimes, the neutral flows, the stratified flows with weak stability(Ri = 0.12, 0.20) and those with strong stability (Ri= 0.39,0.47, 1.33). Of these, the two regimes of stratified flows clearly showdifferent vertical profiles of the local gradient Richardson number Ri,separated by the critical Richardson number Ri cr of about 0.25. Moreover,turbulence quantities in stable conditions are well correlated with Ri.     

陆相二叠系-三叠系界线研究进展

着重介绍了几个目前陆相二叠系—三叠系界线（TPTB）研究的重点剖面及其生物地层学研究进展；分析了陆相二叠系—三叠系界线综合地层学研究现状，包括生物地层学、事件地层学、同位素年代学、磁性地层学和层序地层学等；剖析了陆相二叠系-三叠系界线地层学研究中存在的问题及进一步的研究方向。生物地层方面，陆相二叠系-三叠系界线附近存在晚二叠世与早三叠世生物混生的层位，其中不同类别生物的时间界线常不一致，又由于陆相界线地层中含脊椎动物化石的层位一般较少，以脊椎动物化石（Lystrosaurus）为标准的精确界线常不确定，因而需重新寻找并确定陆相三叠系底界的标准化石。事件地层标志可能会成为连结海、陆相二叠系-三叠系界线地层高精度对比的纽带。     

2000年以来中国县级行政区划调整的类型、特征及趋势分析

系统地梳理了2000—2016年中国县级行政区划调整的631个案例,归纳了县级行政区划调整的主要类型,包括撤县（市）设区、撤县设市、行政区合并、增设行政区、边界调整、隶属变更和建制升格7类,发现各种类型变更的背后都隐含着深刻的社会经济背景和特定的需求。详细分析了县级行政区划调整数量和类型的时空分布特征,发现具有时间上集中和空间上聚集相结合的特点,随着不同时期国家或区域发展的战略导向不同,县级行政区划调整的构成和指向会随之发生变化;县级行政区划变更有着明显区域差别,经济发达和城镇化发育较高的地区是调整重点,城镇化导向突出;县级行政区划较多的省份变更频繁,减少了县和县级市数量;注重了民族地区和边疆地区行政区划变革,有利于促进民族和边疆地区发展。立足于空间治理,认为县级行政区划调整和优化基本上围绕城镇化、区域发展、边疆治理和民族地区发展等战略的要求展开,代表了未来调整的趋向。     

利用COSMIC掩星资料研究青藏高原地区大气边界层高度

以往关于青藏高原边界层的研究都是基于个别站点的常规观测,对青藏高原边界层的整体性认识受限。GPS掩星资料具有测量精度高和垂直分辨率高的特性,其廓线中含有大量有价值的边界层信息。利用2007—2013年COSMIC掩星资料,通过计算大气折射率最小梯度来确定边界层高度,并用无线电探空资料对结果进行了检验。在此基础上,对青藏高原地区边界层高度的特征及其形成机制展开了研究,比较了COSMIC掩星确定的边界层高度和ERA-Int的差别,讨论了最小梯度法用于边界层研究的不确定性。结果表明:青藏高原上COSMIC掩星和无线电探空数据检测的边界层高度相关系数为0.786,平均值偏差为0.049 km,均方根误差为0.363 km,COSMIC掩星数据检测的边界层高度和无线电探空的结果非常接近。青藏高原上边界层高度呈现西高东低的分布特征,高原中西部边界层高度主要为1.8—2.3 km,而高原东部边界层为1.4—1.8 km,最大值在高原西南部。青藏高原地区边界层有明显的季节差异,冬季高原上大部分地区边界层高度超过2.0 km;春季大部分地区高度降低,但在受印度季风影响的高原南部有明显的抬升,最大值可超过3.0 km;夏季高原上边界层高度开始升高,大部分地区超过1.8 km;秋季又开始回落。青藏高原以北塔克拉玛干沙漠和高原以南印度季风活动区是两个高值区,北部的沙漠地区边界层高度在夏季最高,南部印度季风活动区在季风爆发前（4月）达到全年最大值。青藏高原中西部地区有水平风辐合以及广泛的上升运动,为边界层的发展提供了动力条件,而东部的下沉运动对边界层的发展有抑制作用。青藏高原边界层各个季节的空间分布与地表感热通量分布一致。COSMIC掩星资料确定的边界层高度和ERA-Int相比,空间分布基本一致但ERA-Int边界层高度明显偏低。当有系统性强逆温存在的时候,或者云中液态水或冰水含量较大时,用最小梯度法检测的边界层高度不确定性增加。      

WRF模式对青藏高原那曲地区大气边界层模拟适用性研究

采用WRF（Weather Research and Forecasting）模式4种边界层参数化方案对青藏高原那曲地区边界层特征进行了数值模拟,并利用"第三次青藏高原大气科学试验"在青藏高原那曲地区5个站点的观测资料对模拟结果进行验证,分析不同参数化方案在那曲地区的适用性。研究表明,YSU、MYJ、ACM2和BouLac方案对2 m气温和地表温度的模拟偏低。BouLac方案模拟的地表温度偏差较小。通过对能量平衡各分量的对比分析发现,温度模拟偏低可能是向下长波辐射模拟偏低以及感热通量和潜热通量交换过强导致的。对于边界层风、位温和相对湿度垂直结构的模拟,局地方案的模拟效果均优于非局地方案。BouLac方案对那曲地区近地层温度、边界层内位温和相对湿度的垂直分布模拟效果较好。      

冷空气过程对黄海东海区域海洋大气边界层结构影响的个例分析

利用一次冷空气过程的14组GPS探空数据,采用位温梯度法确定了冷空气过境前后大气边界层高度,并分析了冷空气过程对大气边界层结构的影响。结果表明：冷锋过境加大了海洋大气边界层的静力不稳定度,使边界层内对流活动增强,且锋面过后距离锋面越近的区域边界层的静力不稳定度越大;冷锋过境使边界层的平均高度升高,边界层顶处逆温梯度增大。结合ERA-Interim再分析资料,分析认为大气边界层高度与静力稳定度（海气温差）存在显著的正相关关系（相关系数达0.73）,海气温差越大,大气边界层高度越高。     

VARIATION CHARACTERISTICS OF THE PLANETARY BOUNDARY LAYER HEIGHT AND ITS RELATIONSHIP WITH PM2.5 CONCENTRATION OVER CHINA

The planetary boundary layer height (PBLH) was calculated using the radiosonde sounding data, including 120 L-band operational sites and 8 GPS sites in China. The diurnal and seasonal variations of PBLH were analyzed using radiosonde sounding (OBS-PBLH) and ERA data (ERA-PBLH). Based on comparison and error analyses, we discussed the main error sources in these data. The frequency distributions of PBLH variations under different regimes (the convective boundary layer, the neutral residual layer, and the stable boundary layer) can be well fitted by a Gamma distribution and the shape parameter k and scale parameter s values were obtained for different regions of China. The variation characteristics of PBLH were found in summer under these three regimes for different regions. The relationships between PBLH and PM2.5 concentration generally follow a power law under very low or no precipitation conditions in the region of Beijing, Tianjin and Hebei in summer. The results usually deviated from this power distribution only under strong precipitation or high relative humidity conditions because of the effects of hygroscopic growth of aerosols or wet deposition. The OBS-PBLH provided a reasonable spatial distribution relative to ERA-PBLH. This indicates that OBS-PBLH has the potential for identifying the variation of PM2.5 concentration.     

复杂条件陆-气相互作用研究领域有关科学问题探讨

实际大气都是在复杂条件之下,所以复杂条件带来的问题已成为陆-气相互作用研究领域面临的最大科学挑战,严重制约了该领域研究成果在解决实际天气气候问题中的应用。在概要总结近年来中国复杂条件陆-气作用研究领域进展的基础上,对复杂条件下陆-气相互作用有关的科学问题进行了探讨。从陆面过程和大气边界层这两个陆-气相互作用的关键环节分析了影响陆-气相互作用复杂条件的机制,归纳了复杂条件下陆-气相互作用研究领域面临的关键科学问题。同时,以复杂下垫面陆面过程和非均匀大气边界层问题为重点讨论了突破复杂条件陆-气相互作用关键科学问题的基本思路,并对进一步开展复杂条件陆-气相互作用研究提出了初步的科学建议。      

适用于GRAPES模式C-P边界层方案的设计和实现

基于K廓线闭合方案,通过考虑不稳定边界层和稳定边界层中热量交换系数在半层上求取及下边界条件的设置,将温湿倾向在整层上直接计算,设计了Charney-Phillips跳点（简称C-P跳点）的边界层方案,使之与GRAPES全球模式的C-P跳点相协调,解决了Lorenz跳点物理过程与C-P跳点动力框架耦合时插值造成的不协调问题,同时避免了耦合时反复插值造成的误差,提高了边界层物理过程参数化方案及其反馈的准确性和合理性。试验表明:C-P跳点边界层方案因为避免了温度和湿度在垂直方向上的插值,消除了温湿变量在垂直方向上的锯齿状抖动,使温湿廓线分布更合理,减小了模式预报误差,形势场的预报效果也得到一定改善。C-P边界层方案的应用提升了GRAPES全球模式的总体预报性能。     

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。