大孔径闪烁仪测量戈壁地区感热通量

利用2008年6月11～30日在金塔开展的"绿洲系统非均匀下垫面能量水分交换和边界层过程观测与理论研究"期间第一阶段戈壁下垫面大孔径闪烁仪(LAS)的观测资料,用混合对流方法和自由对流方法分别计算了戈壁感热通量。结果表明,对于利用LAS资料计算地表感热通量的方法中,混合对流方法相对于自由对流方法更加适用,且混合对流方法中Andreas给出的参数相对于DeBruin的参数更加适用于戈壁下垫面。此外,LAS测得的感热通量相对涡动相关方法的值较大,提高了地表能量闭合度。     

东北夏季月低温事件的定义及大气环流年代际特征分析

利用1960-2009年东北地区150个地面测站的逐日气温资料,定义了东北三省夏季月低温事件（简称MCSE）,并将其分为5类。结果表明：MCSE发生频率在20世纪60-70年代较高,80年代逐渐减少,90年代显著减少; 6月和8月以第Ⅲ类MCSE为主,而7月则是第Ⅱ类;在冷气候背景下,第Ⅱ类MCSE正涡动能量是由高纬向中纬度传播,正常背景下是由中纬度向高纬度传播,第Ⅲ类则与之相反,暖背景下第Ⅱ类MCSE的能量传播方向与冷背景一样,而第Ⅲ类则先是由低纬度向高低纬度传播,然后是由高纬度向低纬度传播;同时还发现,在冷背景下第Ⅱ类和第Ⅲ类MCSE,中国东北地区都是处于大范围强冷空气带的覆盖下,而正常期气候背景下这两类MCSE的东北冷涡和乌拉尔山阻塞高压（西阻）都比较明显,在暖背景下,第Ⅱ类MCSE的阻塞高压（中阻）、鄂霍次克海阻塞高压（东阻）以及东北冷涡系统都很明显,而第Ⅲ类MCSE的阻塞高压（中阻）和东北冷涡明显。     

不同平均时间对LOPEX10资料涡动相关湍流通量计算结果影响的探讨

通过处理涡动相关系统观测的近地层湍流脉动量可以获取地—气间感热和潜热通量,然而选择不同平均时间对通量计算的结果有较大影响。采用黄土高原陆面过程野外观测试验(LOPEX10)期间获得的涡动相关系统观测资料,分析了不同平均时间对湍流通量计算的影响,并采用雷诺平均和分解方法推导了平均时间引起的通量差值的数学表达式(Flux Compensation,FC)。结果表明:(1)FC公式可以说明采用不同平均时间数据之间的关系,也可以直接计算低频涡旋对湍流通量的贡献。FC公式计算的结果与直接计算的不同平均时间通量计算之差的相关系数在0.95以上,并可以确定计算湍流通量的最佳平均时间。(2)通过采用Ogive函数确定了计算LOPEX10期间通量的最佳平均时间长度为30min,印证了利用雷诺平均和分解方法计算湍流通量补偿的准确性。(3)通过进一步的数学变换,证明了平均时间对湍流通量计算的影响直接与湍流低频变化相关,FC公式可以用来确定涡动相关观测数据的最佳平均时间,并且在获得较高时间分辨率的湍流通量数据的同时,补偿因平均时间过短而遗漏的低频信息。     

北太平洋风暴轴异常变化特征及其与纬向风场的关系研究

摘要本文通过对300 hPa5、00 hPa和850 hPa的北太平洋风暴轴(PST)的异常研究,分别提取出两个主异常模态进行比较。分析表明在三层的第一主模态都主要对应有PST异常的准10 a的周期变化;而对300 hPa和500 hPa的第二主模态,以及850 hPa的第三模态,对应有更长时间的趋势变化。进一步通过相关的分析,说明PST的异常从低层到高层的变化存在一定的一致性。通过PST与纬向风场在300 hPa的相关分析发现,两个模态与纬向风场的异常在空间上都呈同位相的分布,说明高层纬向风场异常与PST发展可能存在一种互相反馈的作用。进一步通过斜压增长率和水平两维的E-P通量矢的合成分析发现,这种反馈作用,无论从纬向风场异常所产生的环境斜压增长条件的改变,还是从平均动能与扰动动能的转化关系,都是存在的。     

阿留申低压低频变化及其相关的瞬变动力学过程分析

利用NCEP/NCAR 1979—2013年的再分析资料,研究了冬季阿留申低压低频变化的环流特征,探讨了阿留申低压低频变化形成和维持的相关天气尺度瞬变强迫机制。冬季阿留申低压的低频变化在850 h Pa环流场上表现为北太平洋海盆区一个异常气旋/异常反气旋在局地强弱变化的过程,即阿留申低压在低频尺度上先异常增强/减弱随后逐渐恢复正常态的演变过程;850 h Pa上大气温度低频变化表现为低频冷中心在西北太平洋建立并逐渐东移的过程。对天气尺度瞬变扰动活动及其强迫的异常进行分析表明,北太平洋海盆区上空的瞬变动力强迫在阿留申低压异常增强的时期为负异常,有利于阿留申低压低频变化异常空间型的形成和维持。由瞬变热力强迫异常引起的温度倾向异常场表现为北太平洋中部以40°N为界南正—北负的空间分布,其南部正异常在一定程度上抑制和削弱了低频冷中心向南的扩张。     

黄土高原大孔径闪烁仪观测特征量T*的研究

基于黄土高原定西站2009年9月大孔L径闪烁仪(LAS)的观测数据,结合涡动相关系统(EC)和梯度塔的同步观测资料,分析了LAS和EC在测量感热通量过程中的温度特征尺度T*及其差异与近地层气象要素风向、位温梯度和稳定度等的关系.结果表明,黄土高原下垫面LAS测量的T*LAS和EC测量的T*EC有很好的相关性,相关系数达到0.955,拟合的线性趋势系数是1.482.对9月进行风向统计,主风向为NNE和SE,NNE风向上T*LAS和T*EC的相关系数是0.960,拟合的线性趋势系数是1.349,SE风向上T* LAS和T*EC的相关系数是0.968,拟合的线性趋势系数是1.619,风向对T*有显著影响.位温梯度与T*呈很好的线性相关关系,T*LAS相较于T*EC与位温梯度有更好的相关性.当稳定度z/L＜1.5时,T*LAS/T*EC随着z/L的增大雨减小;当z/L＞1.5时,T*LAS/T*EC随着z/L的增大而增大.T* LAS/T*EC的变化范围随着z/L的增大逐渐变小,当z/L增大到4后,T*LAS/T*EC开始保持较小的变化范围.     

黄土高原复杂地形受中尺度运动影响的稳定边界层湍流特征

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(Semi-Arid Climate and Environment Observatory of Lanzhou University,简称SACOL)2008年12月观测资料,研究了稳定边界层湍流特征.使用涡动相关资料研究湍流通量时,定义湍流的平均时间τ内的中尺度运动是造成湍流统计量变化范围大的主要原因,稳定情形? τ取几十秒至几分钟.对梯度理查森数大于0.3的强稳定情形的湍流尺度分解(MRD)谱分析表明,感热通量在112.4～449.9 s存在谱隙,尺度大于谱隙的中尺度运动造成了通量观测资料离散性大,甚至有支配性影响.动量通量的谱隙在112.4～224.9 s之间.弱风时,中尺度运动的影响更大,垂直风速标准差以0.1的比率随中尺度风速变化;垂直风速标准差同广义风速表现出很好的相关性,并随着广义风速消失而消失.三维风速标准差与摩擦速度呈很好的线性关系,垂直、水平、横风风速的无量纲标准差分别为1.35、2.54、2.21.对湍流动能的研究发现,在梯度理查森数大于0.3的条件下,仍然存在连续的湍流.以湍动能为依据,分析了湍流的平稳时间长度,其长度随稳定度变化而变化,2008年12月7～11日从133.5 s变化到856.2 s,湍流平稳时间长度反映了中尺度运动的发生频率.     

多普勒天气雷达谱宽数据监测机场湍流强度的可行性初探

选用2个典型的由地形导致香港国际机场地区出现扰动气流的个例,对天气雷达的谱宽数据与激光雷达的涡流消散率的立方根进行了比较。结果表明,对两组数据作点对点比较时,两者基本上没有相关性,其相关系数小于0．10;其空间平均值之间的相关性较好,相关系数为0.39～0．46。最后,通过对多普勒天气雷达谱宽数据监测香港国际机场邻近地区湍流强度可行性的探讨,提出了多普勒天气雷达的谱宽数据用于监测飞机航道上湍流强度的具体方法与构想。     

陇东黄土高原下垫面不均匀性指标的建立及其对大孔径闪烁仪(LAS)观测感热通量的影响

目前定量研究下垫面不均匀性对大孔径闪烁仪(LAS)、涡动相关仪(ECS)观测感热通量差异的影响还比较少.本文利用黄土高原庆阳观测站2012年6、7月典型晴天两主风向范围E-SE和SW-W的陆面过程数据,在建立了下垫面不均匀性定量化指标的基础上,分析了下垫面不均匀性与地表温度变率的关系及其对LAS、ECS观测感热通量差异的影响.结果表明:庆阳站下垫面不均匀性大小η和地表温度变率г具有很好的相关性,相关系数达到0.566以上,证明了新建立指标的合理性.下垫面不均匀性大小η和LAS、ECS观测的感热通量差异HLAS-HECS具有很好的一致性,相关系数达到0.634.下垫面不均匀性对LAS和ECS的感热通量差异影响显著,下垫面越不均匀LAS和ECS测量的感热通量差异越大.对两主风向分别进行分析,在E-SE风向范围η和HLAS-HECS的相关系数为0.430,HLAS和HEC拟合的线性趋势系数为1.279,在SW-W风向范围η和HLAS-HECS的相关系数为0.680,HLAS和HEC拟合的线性趋势系数为1.297.下垫面不均匀性的影响程度越大,LAS和ECS观测的感热通量差异越大.     

基于镭同位素分布的黄海和东海垂直混合速率计算

在黄海和东海采样测定了水体中的镭同位素分布,用平流扩散模型描述镭同位素分布,最小二乘方法计算了垂直涡动扩散系数和上升流或下降流流速.结果给出北黄海中部、南黄海中部、浙江沿岸和台湾北部海域存在上升流,流速分别为0.46×10-3cm·s-1、0.17×10-3~1.39×10-3cm·s-1、2.02×10-3~3.04×10-3 cm·s-1和1.06×10-3~2.51×10-3 cm·s-1.北黄海中部和东海东北部存在下降流.流速分别为-2.30×10-3 cm·s-1和-0.61×10-3~-2.10×10-3 cm·s-1.计算同时给出的垂直涡动扩散系数为5.84~48.2 cm2·s-1,平均值为22.3 cm2·s-1.北黄海和浙江沿岸上升流流速与文献的结果一致;北黄海中部存在下降流与文献的结论一致.本研究结果与文献结果一致是对所建立的方法的肯定,也是对文献研究结果的支持.