京津冀地区低层局地大气环流的气候特征研究

本文采用2007-2016年的中尺度数值模拟结果和15个地面气象站观测资料,定义了局地风场表征风速,研究京津冀平原地区局地大气环流日变化的气候特征,并对区域大气污染及其输送的影响进行分析。此外,对2016年12月30日至2017年1月7日北京地区跨年大气重污染过程进行了个例分析。得到结论:京津冀平原地区低空风场变化是天气系统与局地大气环流共同作用的结果,山谷风环流致使太行山和燕山沿线平原地区大气边界层内的长年主导风向为偏北和偏南;太行山和燕山沿线地区山谷风环流本身呈顺时针旋转的日变化特征,夜间至早晨谷风转向山风,午后至夜间山风转向谷风;在午后谷风向山风转向期间,容易形成沿太行山东麓和燕山南麓、自南向东北的"弓形"气流输送通道,此气流输送通道在1月于21时左右形成,持续时间大约3 h,在7月于18时左右形成,持续时间可达9 h;冬季午后至晚间盛行谷风时,受山体的阻挡,污染物容易在山前累积,导致污染浓度增高;夏季同样的情况会发生在后半夜。     

在厨房做实验验证“热力环流”

热力环流是因冷热不均引起的大气环流,是大气运动的最基本形式,也是我们教学的一个重点和难点,对它的深入理解是学习“风的形成”、“全球大气环流”、“季风”、“海陆风”、“山谷风”等知识的关键。虽然它真实地存在于现实生活中,时时相伴在我们身边,但我们却常常觉得它飘忽不定,对它视而不见,不好验证。怎样让学生亲身感受到它的存在,亲眼观察到它所起的作用呢？我们巧用厨房做实验,较好的解决了这一问题。     

延庆-张家口地区复杂地形冬季山谷风特征分析

基于2016年12月—2017年2月和2017年12月—2018年2月两年冬季的近地面自动气象站逐时观测数据以及张家口探空数据分析延庆-张家口一带（包括张家口崇礼、赤城、海坨、小五台山区,延怀、怀涿、洋河、蔚县盆地以及北京延庆、昌平、怀柔部分平原地区）复杂地形的风场精细化时、空分布特征,揭示不同复杂地形下局地风场的时、空变化规律,加深对复杂地形动力、热力作用对近地面风场影响的认识,为冬季山区风场预报以及复杂地形数值模式改进提供参考。结果表明:晴朗小风天风持续性作为矢量平均风速和标量平均风速的比值,可以作为研究风场变化规律的重要参数。根据风持续性的日变化特征,可以将研究区域内所有站点分为10种类型,分别代表不同局地地形特征的影响,风持续与风向变化的相关也很强。研究区域主要有3种类型的地形风:斜坡风、峡谷风以及较大尺度的山区平原风。不同地形特征下的风场、风持续性存在明显不同的日变化特征,山风和谷风相互转化的时间也不同,山区最早,盆地次之,平原区最晚;山风时段持续时间较谷风时段长,风速小;晴朗小风天实测风反映了实际风场的特征,而排除环境背景风场,弱化地形动力作用后整个冬季的局地风作为理论山谷风,更能反映热力作用下的山谷风特征。      

北京稳定天气条件下城市边界层环流特征数值研究

采用科罗拉多大学和MRC／ASTER共同开发的区域大气模拟系统（RAMS）对北京地区稳定天气条件下的个例进行数值模拟,通过对数值模拟结果与观测事实的比较以及敏感性试验,分析了北京城市边界层环流特征和环流影响因子在环流发展过程中的作用。结果表明：①在山谷风环流和热岛环流相互作用下形成了北京城市边界层流场特有的局地环流。②热岛中心在决定边界层环流的辐合区位置上起相对较大的作用,边界层环流的强度和发展高度由山谷风强度和热岛强度共同决定。     

白鹤滩水电站峡谷地形区的风特征研究

位居世界第二大的白鹤滩水电站地处金沙江下游峡谷区,频繁的大风给水电站建设和运行带来了严重影响。掌握水电站坝区大风变化规律,评估峡谷地形对风速的作用,有利于基于周围风场监测和预警峡谷区大风。根据水电站及周边观测资料,对坝区风的变化特征和峡谷地形作用进行了分析。(1)峡谷区最高频率的风向和最大平均风速的风向均为顺着峡谷的偏南风或偏北风,且偏北风频率达55%以上,峡谷锁定了流经气流。(2)坝区大风多发生在干季11月—次年5月,且夜间至清晨大风频率比日间高。干季峡谷风效应强,尤其在19时—次日08时。雨季峡谷风效应降低,局地山谷风增强,表现为山风比谷风持续时间长,08时和18时是山风和谷风交替时间。对应干季和夜晚大风频繁,说明峡谷风效应是影响大风的关键因子。(3)通过狭管效应分析马脖子和葫芦口大桥两个站之间的风速关系,表明峡谷地形使马脖子站风速加强为葫芦口大桥站的1.27倍。利用多种拟合方法建立的两站风速关系表明,当葫芦口大桥站为5m·s-1以下低风速,各方法都难以拟合峡谷区的风速,当风速在5.0～11.5m·s-1时,狭管效应对风速拟合最优,准确率超过70%,对11.5m·s-1以上强风速,多项式拟合效果较优,准确率接近65%。     

珠峰绒布河谷大气边界层结构的数值模拟

利用中尺度气象模式RAMS对2006年6月12～16日珠峰绒布河谷地区大气边界层结构进行了模拟,并将模拟的风温时空分布与风廓线仪LAP3000的观测资料进行了对比分析.结果表明,绒布河谷地区的局地环流具有明显的日变化(午后至夜间盛行山风,可持续12h,且风速较大;在山风盛行期间,山风的影响高度可达400～700m左右),其中下垫面不均匀性导致的温度差异是引起局地环流的主要因素;RAMS模式较好地反映了绒布河谷地区局地环流的时空变化特征.     

四川盆地西部一次典型连续夜雨的数值模拟

利用中尺度模式WRF研究了2017年7月15-17日发生在四川盆地西部的一次典型连续性夜雨过程的形成机制,重点讨论了"山谷风"局地环流对此次夜雨过程的作用.研究表明:(1)此次降水天气过程主要发生在500 hPa"北高南低"的环流形势背景下,这种背景有利于北方冷空气向南输送;850 hPa上台风东侧的偏南气流和副热带高...     

关中特殊地形下气象条件对重污染天气的影响

摘要：利用空气质量监测资料、常规气象观测资料以及FNL（1°×1°、6 h间隔）再分析资料等,对2018年1月发生在陕西关中特殊地形下持续时间长、污染等级高、影响范围大的一次重污染天气过程进行天气学分析,结果表明：重污染持续期间500 hPa陕西关中中东部维持很弱的西西北气流或者平直西风气流,没有明显的冷暖平流影响;关中盆地山谷风转化与温度的日变化叠加,导致了PM25和PM10午后和前半夜的两个日变化峰值的出现;关中盆地北部有台塬、南部有秦岭,特殊的地形导致关中有秦岭背风坡的下沉气流、盆地地面辐合线和中低层逆温的形成,这些气象条件相互作用,促成近地层垂直上升运动、中层下沉运动垂直结构的维持,这是造成污染物累积的重要动力原因。850 hPa风速达到8 m/s以上、850 hPa附近的垂直风切变突增到06×10-2 s-1以上使得污染物浓度迅速减小。地面风速≤2 m/s、逆温层以下湿度为50%～75%也是关中盆地持续污染天气形成的有利条件。     

北京夏季夜间低空急流特征观测分析

利用三年夏季系留气艇探测结果,分析了北京夏季夜间低空急流的一般特征.30％的夜间观测记录出现了低空急流.急流平均高度为200 m,其最大频率出现在140 m左右,90％急流出现在320 m以下.W、SW、SE是夜间低空急流的主要风向.不同观测地点低空急流在速度、风向和高度上存在明显差异.城区低空急流高度大部分时间比郊区高.个例分析表明,在夜间稳定边界层条件下,低空急流与局地山谷风环流强弱变化有很好相关.进一步成因分析认为,斜坡地形产生的热成风、山谷风环流可能是北京夏季夜间低空急流形成的主要原因.     

准噶尔盆地冬季一个例低空风、温、湿场的数值模拟

利用美国NCAR非静力平衡模式MM5V3，模拟了新疆准噶尔盆地冬季局地小气候效应，再现了山谷风环流和冬季“冷湖效应”。模拟结果与现有理论及观测事实基本一致。模拟结果表明：准噶尔盆地冬季大面积被积雪覆盖，下垫面反照率大，因此山谷风环流同黑河地区相比较弱，但“冷湖效应”显著，逆温特征明显，最强可达10℃。