银川市大气边界层逆温影响因素及其与冬季PM2.5的关系

为了探究银川市大气边界层逆温特征和影响因素及其与冬季PM_2.5污染的关系,利用2015—2020年银川气象站探空、地面气象观测资料及银川市空气质量监测数据,在分析银川市大气边界层逆温及地面气象要素特征基础上,以冬季为研究时段,探讨逆温与地面气象要素对PM_2.5污染的影响。结果表明：(1)银川市清晨大气边界层较傍晚更易出现逆温,且逆温多为贴地逆温,贴地逆温较悬浮逆温强度大、厚度小;逆温频率和厚度冬季最大、夏季最小,逆温强度秋季最强、夏季最弱。(2)冬季晴天,地面平均风速1.0～1.5 m·s^-1、相对湿度30%～60%的气象条件下易出现逆温。(3)贴地逆温是影响冬季PM_2.5污染天气的主要气象因素之一,当逆温厚度超过596 m、强度超过1.4℃·(100 m)^-1时,易出现PM_2.5污染天气,且随着逆温厚度增大、强度增强,污染加重。(4)冬季PM_2.5污染天气下,清晨天空状况多为晴天,通常地面平均风速小于1.3 m·s^-1     

乌鲁木齐冬季大气边界层温度和风廓线观测研究

为了进一步认识乌鲁木齐冬季大气边界层的结构特征及其对大气污染的影响,为改进城市空气污染预报和污染治理提供科学依据,利用2008年1月11—13日系留气艇对乌鲁木齐市城区大气边界层过程进行观测试验的资料,分析了观测期间乌鲁木齐风、温廓线和混合层厚度的变化特征,并探讨了大气边界层结构对乌鲁木齐大气污染的影响。结果表明:观测期间乌鲁木齐近地面全天存在悬浮逆温,且有时为多层逆温,大气层结稳定;受逆温层的影响,近地面全天风速都很小,均在4m/s以下,风向随高度变化规律明显;观测期间乌鲁木齐大气混合层厚度平均为274m。乌鲁木齐冬季大气边界层风、温廓线的特征及混合层厚度,对大气污染的影响作用显著,是造成该地区冬季多污染的主要原因之一。     

南京冬季雾多发期边界层结构观测分析

2006年冬季在南京北郊盘城利用系留气球探测系统、自动气象站等仪器对雾日和非雾日的边界层进行了监测,对比分析了两者的边界层结构。结果表明,非雾日主要为单层贴地逆温,并时常出现短时的双层结构,雾发展成熟时逆温则脱离地面。与非雾日相比,雾日平均雾顶之上温度日较差增大,雾顶之下则减小。平均风速的时间—高度分布在雾日和非雾日类似,在稳定性边界层中风速随高度出现一个或者两个极大值区。温度和比湿在非雾日没有显著的对应性,而在雾体内具有较好的对应关系,在雾顶升降过程中反相关。较强的逆温、较低的温度和较小的近地层风速是南京冬季成雾的背景条件。     

蒙自地区冬季边界层逆温特征

采用云南省蒙自探空站2010年和2011年冬季的高分辨率探空资料,统计分析蒙自地区边界层逆温特征。结果表明：蒙自地区冬季边界层逆温出现的频率非常高,多出现2～3层的逆温结构。边界层逆温强度绝大部分不超过3℃,极值达到5℃。逆温厚度的变化范围较大,存在明显的早晚变化。逐日比较发现,逆温出现的时间和高度具有不规则性。     

二维正方晶格光控太赫兹波调制器

2006年冬季在南京北郊盘城利用系留气球探测系统、自动气象站等仪器对雾日和非雾日的边界层进行了监测,对比分析了两者的边界层结构。结果表明,非雾日主要为单层贴地逆温,并时常出现短时的双层结构,雾发展成熟时逆温则脱离地面。与非雾日相比,雾日平均雾顶之上温度日较差增大,雾顶之下则减小。平均风速的时间—高度分布在雾日和非雾日类似,在稳定性边界层中风速随高度出现一个或者两个极大值区。温度和比湿在非雾日没有显著的对应性,而在雾体内具有较好的对应关系,在雾顶升降过程中反相关。较强的逆温、较低的温度和较小的近地层风速是南京冬季成雾的背景条件。     

南阳边界层逆温特征分析

利用2009-2010年L波段雷达的高空探测资料,对南阳站边界层出现逆温的频率、强度、厚度和起始高度进行了统计分析.结果表明:南阳边界层逆温出现频率年均217天;辐射逆温居多;有明显的季节变化,冬季逆温层出现最多,春、秋季次之,夏季最少.另外,南阳上空出现的逆温中接地逆温比较多,19时比07时出现次数多.通过对2009...     

乌鲁木齐重污染日的天气分型和边界层结构特征研究

利用2004年1月-2009年4月高空、地面气象观测资料和逐日空气污染指数,对乌鲁木齐空气污染≥Ⅳ级的重污染日持续时间特征、500hPa高空环流形势、地面气压场及相应的边界层结构特征进行了统计分析。结果表明,乌鲁木齐重污染过程发生1天和持续2,3和4天的比例分别是32.2%,23.3%,18.5%和11.0%;发生重污染时500hPa以纬向环流型居多,占重污染总日数的84.2%,经向环流型为15.8%。从地面气压场来看,高压后部型出现重污染的频率最高,达86.3%;高压底部型次之,为9.6%;高压前部型和南高北低型出现重污染的几率较小。乌鲁木齐冬季Ⅲ级污染日对应的温度、湿度及风等要素廓线的垂直结构与冬季平均状况几乎一致,而重污染出现时,边界层逆温较强、风速较低且低空伴随有较厚的偏东风或东南风气流;重污染日和雾的关系密切,伴随有雾或轻雾的频率高达81.3%;前一日20:00(北京时)上干下湿并伴有逆温的边界层结构极易导致空气质量恶化。     

冬季兰州声雷达回波与天气系统的关系

本文分析了兰州1984年11月15—24日声雷达回波的形态特征及其与天气系统的关系。结果表明:声雷达回波所反映的稳定层和天气系统之间有较好的对应。无明显冷空气活动时,盛行低层逆温回波。受青藏高原地形影响,高原东北侧边界层中的流场和散度场有明显日变化,夜间在距地面300—600m处为准定常辐散层,由它引起的下沉增温作用是低层逆温形成的重要原因。冷锋过境后,低层逆温回波溃散。冷锋后(即高压前部)出现过类似对流泡状回波和纤维状的强风切变回波。     

基于L波段雷达探空资料的南京低空逆温特征

利用2010—2015年南京市逐日的08时(北京时间,下同)和20时L波段雷达探空秒级数据资料,研究南京市边界层内(2 km以下)接地逆温和悬浮逆温的出现频率、逆温层厚度以及逆温强度等,对该地区低空大气逆温特征变化进行了详细分析。结果发现:南京市逆温日的发生频率较高,达81.68%,其中接地逆温23.9%,悬浮逆温71.8%,早间发生频率高于晚间,月分布均表现为盛夏季节频率低,秋冬季节发生频率高。逆温层厚度也是夏季最薄,冬季到初春厚度较大;早间的逆温层厚度大于晚间的逆温层厚度,悬浮逆温厚度大于接地逆温厚度。南京市逆温强度夏季小,冬季大,有明显的季节变化趋势。逆温强度早晚差异较小,但接地逆温平均逆温强度是悬浮逆温的1.5倍。逆温强度达到2.0℃/hm的强逆温有50%以上出现在冬季。通过计算污染物浓度与逆温强度的相关性,发现污染物浓度(PM_(2.5)、PM_(10)、SO_2、NO_2、CO)与逆温强度有很好的正相关性,由此说明低空大气逆温层结状况对空气质量有一定影响。     

西安边界层逆温特征及其与空气污染的关系

利用2007—2011年西安泾河探空站逐日07、19时探空资料和同时期空气污染物质量浓度资料,分析西安边界层逆温的变化特征及其与空气污染的关系。结果表明:西安一年四季都有逆温出现,冬季逆温最多,夏季最少,早晨多于晚上;逆温强度在0.7~1.5℃/100m,冬季逆温强度最大,夏季最小;晚上逆温强度大于早晨;中等强度逆温最多;冬季的逆温层厚度最大,夏季最小,早晨的逆温层厚度均明显高于晚上;造成西安市空气污染的首要污染物是PM10,其次为SO2,再次为NO2;有逆温时的空气污染物月质量浓度值均高于无逆温时,主要污染物PM10的月质量浓度的变化与逆温厚度、强度成正比,呈现出冬半年高夏半年低的变化趋势,在逆温厚度最厚、强度最强的月份中,空气污染物质量浓度值也最大。逆温层是影响西安地区空气质量的主要气象因子之一。     

南京近郊地区初冬大气边界层风温场的探测和分析

利用现场低空探空探测所获取的实测资料,揭示了南京近郊初冬大气边界层风、温场在不同天气条件下的特征,得出了晴天温廓线日变化的模型,用谐波分析探讨了温度和风随高度分布和随时间演变的特征。     

2012年南海夏季风活跃期与非活跃期广东电白地区海陆大气边界层特征分析

利用2012年6—9月南海夏季风期间的近海海洋气象观测平台 (海上平台站) 和电白国家气候观象台 (电白站) 的地面气象站资料,气象塔资料以及GPS探空资料对海上平台站和电白站两站在季风活跃期和非活跃期的大气边界层结构特征进行研究分析。结果表明,活跃期与非活跃期两地的大气边界层结构特征有明显差异。(1) 在活跃期两站近地层风向全天由东南风主导,风速较大,且两站均出现连续降水,受云系和降水的影响,与非活跃期相比,电白站近地层日平均气温降低约为2 ℃;非活跃期两站风向全天无规则变化,且风速值小。(2) 在活跃期大气边界层内风向均为一致的东南风,风速较大,200 m以上的风速均大于8 m/s,而在非活跃期大气边界层内风速较小,风向变化较大,同一时刻不同高度的风向差可达180 °。(3) 在季风非活跃期混合层高度最高可达937 m,而在活跃期,受降水和云系的影响混合层高度明显降低,最大高度仅为700 m左右。(4) 活跃期受连续降水影响,大部分时刻的大气边界层内相对湿度大于80%。由此可见在季风活跃期与非活跃期不仅海陆气能量交换发生变化,大气边界层结构特征也有显著变化。      

影响云南空气质量的风场特征分析

利用美国NCEP/NCAR风场再分析资料和云南高空、地面、高山风塔实测风资料,对云南地区的大气风场特征进行了分析。结果表明,云南对流层中低层大气风场常年盛行偏西气流,风向稳定,尤以西南风最多,冬-春-夏-秋四季风场变化特征明显。腾冲、思茅高空盛行风向以西风为主。云南除滇东北、滇东南和局地地形影响外,大部分地区近地面全年以盛行西南风为主。山区全年盛行风向以西南风为主。云南近地面年平均风速1.9m/s,北部大于南部,东部大于西部,冬春季风大,夏秋季风小,风速日变化特征显著。昆明地区大气边界层存在逆温现象,冬季突出,夏季微弱,秋冬春季频率高,夏季频率低。云南空气污染具有干湿季分布特点,1-5月为主要污染时段,冬春季节存在西南和东北两条污染传输通道。     

浙江海岛台风和冬季大风阵风特征的对比分析

为了提高阵风预报准确率,利用2006—2016年浙江7个海岛气象站资料和ERA-interim资料,分析了台风和冬季大风的阵风因子与10 m稳定风速、风向、Brunt-Vaisala频率、总体理查逊数、边界层250~1 000 m风速及其与10 m稳定风速比值等的关系,对比两种大风系统阵风的主要成因差异,最后对冬季大风的阵风因子进行拟合。(1)从总体上,台风阵风因子比冬季大风要大0.1~0.2,波动幅度也一般比冬季大风偏大0.3~0.5。有些站点在稳定风速较大时,阵风因子随稳定风速变化不明显,而有的站点变化幅度较大。(2)站点不同方位的地表特征差异明显,导致台风和冬季大风的阵风因子在某个风向上有较统一的最大值和最小值,两者差值一般为0.2~0.3。(3)大气边界层台风样本主要表现为气流辐合上升及正涡度,而冬季大风样本主要表现为辐散下沉及负涡度,台风垂直速度、涡度和散度的强度均明显大于冬季大风样本;从Brunt-Vaisala频率来看,边界层750 m处冬季大风样本总体为静力不稳定,而台风样本总体为静力稳定;从总体理查逊数来看,台风样本和冬季大风样本两者边界层250 m处动力不稳定程度接近。(4)台风和冬季大风的阵风主要形成机制不同,冬季阵风与边界层上层气流向下动量传输引发的辐合辐散有关,而台风阵风可能更多与边界层气流的水平动量输送引发的辐合辐散有关。(5)基于风向、边界层1 000 m处风速和10 m稳定风速的冬季大风阵风因子的拟合模型,比仅考虑10 m稳定风速的拟合模型的绝对误差减少了20%~50%,误差方差也减少了10%~30%。      

DYNAMICAL CHARACTERISTICS OF THE STREAM FIELD OF COLD FRONT IN BOUNDARY LAYER

The motion equation of atmospheric boundary layer with cold front surface under geostrophicmomentum approximation is solved and some characteristics of the stream field for the cold frontsurface in the boundary layer are derived,for example,the slope of the cold front surface increaseswith the increases of geostrophic vorticity and the temporal tendency of geostrophic wind speed,and also increases with the decrease of the component of thermal wind speed along the motiondirection of the front:the stream field above and below the cold front surface in the boundary layerdepends on the slope of the front surface,geostrophic wind speed and its temporal and spatialdistributions.A common characteristic is that there exist updraft motion above the cold frontsurface and downdraft motion below it.     

边界层内冷锋流场的动力学特征

文中求解了锋面存在时地转动量近似下的大气边界层运动方程 ,得到了边界层内冷锋流场的一些特征 ,如冷锋坡度随地转涡度增加而增加 ,随地转风速时间倾向的增加而增加 ,随沿锋面传播方向的热成风分量的减少而增加。而边界层内冷锋面上下的流场与锋面坡度、地转风及其时空变化特征有关 ,共同特点是在冷锋面高度以下有下滑运动 ,而其上有一层上滑运动区。     

DYNAMICAL CHARACTERISTICS OF THE STREAM FIELD OF COLD FRONT IN BOUNDARY LAYER*

The motion equation of atmospheric boundary layer with cold front surface under geostrophic momentum approximation is solved and some characteristics of the stream field for the cold front surface in the boundary layer are derived,for example,the slope of the cold front surface increases with the increases of geostrophic vorticity and the temporal tendency of geostrophic wind speed,and also increases with the decrease of the component of thermal wind speed along the motion direction of the front:the stream field above and below the cold front surface in the boundary layer depends on the slope of the front surface,geostrophic wind speed and its temporal and spatial distributions.A common characteristic is that there exist updraft motion above the cold front surface and downdraft motion below it.     

兰州市冬季大气边界层结构特征的观测和数值模拟研究

本文利用甘肃省政府和中国科学院的科技合作项目"兰州市大气污染及对策研究"所获得的系留气球探空资料,并且结合数值模拟方法,对兰州市冬季大气边界层温度场特征进行了对比分析,结果表明:在没有特殊天气过程的典型冬季代表性时段,山谷城市兰州逆温边界层结构无论白天或夜间都存在,而且经常出现多层逆温和白天的脱地逆温情况,只有当冷空气过境时,逆温现象才减弱或消失;与观测结果相比较可以看出,数值模拟结果基本上反应了温度场的主要特征。     

OBSERVING RESULTS OF THE ATMOSPHERIC MIXED LAYER IN BEIJING AREA AND THE EVALUATION OF THEORETICAL MODELS

In the present study the data of wind and temperature profiles and sensible heat flux observed in Beijing inJuly and December of 1986,together with the results of water tank experiments for comparison,are used to testthe prediction models of the atmospheric mixed layer with zero order and first order assumption,respectively.The results show that the entrainment rates in summer and winter used in the zero order model are 0.15 and0.10,respectively,while its value in the first order model ranges between 0.15 and 0.19 with a lower rateat the initial stage of mixed layer development.Emphasis in the study is also placed on the relationship between the entrainmert rate and the developmentof the mixed layer.     

利用WRF对兰州冬季大气边界层的数值模拟

本文介绍了WRF中尺度模式的有关概况,分析了模式的物理结构,并利用WRF中尺度模式对河谷城市兰州冬季大气边界层的风场和温度场进行了数值模拟研究。模拟结果与观测事实基本一致,表明WRF模式具有良好的稳定性能。