基于地基与星载激光雷达技术的武夷山山谷风环流研究分析北大核心CSCD

山谷风是一种热力驱动产生的局地环流,武夷山市三面环山,中部为丘陵地带,使得该地常年盛行山谷风。基于地面气象观测站、边界层测风激光雷达及激光雷达卫星Aeolus数据研究了武夷山山谷风环流特征。结果表明,夏季出现山谷风日天数最多,山谷风日出现时大气日变化特征显著,表现为山风出现的时间段,以偏北风为主,风速较小,低空激光雷达回波信号较强,气流运动以下沉为主,垂直方向上形成环流圈;谷风阶段,以偏南风为主,较山风阶段风速有所增强,低空激光雷达回波信号减弱,以上升气流为主;激光雷达数据融合的风廓线可见,武夷山非山谷风日常出现在对流层中低层盛行偏南风的天气形势下,偏南风将水汽输送至当地,使得当地低空被较厚云层覆盖或出现降水过程,从而削弱了山地与谷地的热力差异,局地环流被打破,山谷风环流无法形成。     

祁连山南麓夏季地形云特征及山谷风影响分析

利用门源、祁连气象站2004—2013年6—8月逐时常规观测资料,分析了地形云的日变化特征,结果表明:两站夏季总、低云量的日变化呈现双峰型特征;层积云和积雨云的日变化呈反相特征。层积云出现频率最高在清晨,积雨云在午后至傍晚出现频率最高;门源站层积云出现频率高于祁连站,而祁连站积雨云出现频率高于门源站。两站山谷风环流特征明显,风速最大值出现在午后,最小值出现在清晨;门源站谷风控制时间长于山风,祁连站山风控制时间长于谷风。两站积雨云出现时间与山谷风风速最大值出现时间之间具有对应关系;有天气系统影响时形成的积雨云,持续时间较长,降水较多;仅由地形风及热力、湍流作用形成的积雨云,持续时间较短,降水较少。层积云的形成有3种类型:第1种由高层云演变而来;第2种由积雨云对流发展受到抑制而形成;第3种由局地山谷风环流形成,云的形成与山谷风环流以及边界层日变化特征相关。     

中国地区山谷风研究进展

随着城市化的发展,越来越多的城市建立在山区附近或山谷之中。受地理环境和气象条件等因素影响,各地山谷风特征各不相同。山谷风对局地风场、气候特征有着重要作用,与逆温和污染物浓度变化也具有良好相关。本文从山谷风研究的主要手段—观测、理论和数值模拟出发,重点回顾了国内山谷风研究成果,并讨论了与其他中尺度环流(海陆风、湖陆风、城市热岛、植被风、冰川风环流)的相互作用,以及包括山谷风在内的山地环流对大气污染的影响。最后对国内研究进展进行总结,并提出了一些还需深入研究和探讨的问题。     

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。     

天山北坡四工河流域6月山谷风特征分析

通过使用小气候自动观测仪对天山北坡四工河流域进行的对比观测分析,得出以下结论:山风平均风速大于谷风1ms/以上;谷风周期要明显长于山风周期;山谷风的转换期风向紊乱,风速较小,甚至表现为零;山谷风在强天气系统的背景下表现微乎其微;山谷风环流对保持山区的热量平衡具有重要的作用。     

干旱半干旱地区植被气候效应的数值研究

本文利用三维土壤－植被－大气耦合的区域气候模式研究了干旱半干旱地区植被状况发生变化的短期气候效应，着重分析植被对海平面气压场、近地层气温和湿度、土壤温度、边界层风速、局地环流以及地面能量平衡和转换关系的影响，结果可为人们制定合理的农业种植制度，开发和利用有限的生物资源，推广植树种草绿化工程建设，改善区域气候环境提供一定的科学依据。     

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℃。     

复杂地形下局地山谷风环流的理想数值模拟

利用计算流体力学手段,结合基于气象站观测事实并理想化的初始条件,对重庆复杂地形下局地山谷风环流进行高精度数值模拟,探讨因复杂地形而导致的热力差异对山谷风环流形成的影响。结果表明,仅仅由地形高低起伏导致的热力差异能够在局地形成山谷风环流。在白天,受太阳辐射作用,山坡升温幅度比山谷明显,在同一海拔处形成温度差异,形成谷风环流。理想的谷风在山脊两侧坡度较大的近地面最为明显,风速可达0. 15 m·s~(-1),但在山坡和山谷地势较为平坦的区域则不显著。在凌晨,山谷的保温作用明显,且山坡辐射冷却较强,故产生由山坡吹向山谷的山风环流。模拟的山风特征与谷风基本一致,但强度稍小(0. 1 m·s~(-1)),方向相反。扩大山坡与山谷热力差异的敏感性试验表明,白天的谷风环流能明显增强,近地面全风速可达0. 4 m·s~(-1),且对应的垂直速度以及边界层高度均有所增加;但晚上山风环流的增强则不明显。     

大理苍山—洱海局地环流的数值模拟

利用耦合了湖泊模型的WRF_CLM模式模拟了秋季大理苍山—洱海地区的局地环流特征。结果表明:模式对近地面温度、风向、风速的模拟与观测基本一致,模拟结果能较好地再现该地区山谷风和湖陆风相互作用的局地环流特征。在秋季,大理苍山的谷风起止时间为08:00~17:00(北京时,下同),湖风起止时间为09:00~19:00。局地环流受高山地形及洱海湖面影响明显,山谷风形成早于湖陆风1 h,夜间山风、陆风强盛于白天谷风、湖风。白天苍山谷风与洱海湖风的叠加作用会驱动谷风到达2600 m的高度,而傍晚最先形成的苍山山风则会减弱洱海的湖风环流。夜间盆地南部在两侧山风、陆风的共同作用下,形成稳定而持续的气旋式环流。日出以后,对流边界层迅速发展,边界层高度逐渐增高。陆地17:00温度达到最高,边界层高度也达到峰值2000 m,之后逐渐降低。日落后形成稳定边界层,边界层高度在夜间基本保持在100 m。相对于陆地,湖面白天边界层高度低300 m,夜间边界层高度高100 m。     

地表利用城市化在一次极端高温过程数值模拟中的影响

地表种类的城市化对城市区域的热力结构和局地环流都会产生巨大的影响。利用地面、高空观测资料和MODIS地表覆盖资料,使用耦合城市冠层模式(UCM)的区域中尺度数值模式(WRF),对2013年8月8日福州地区的一次极端高温天气过程进行数值模拟,研究地表利用变化对福州城市热岛效应及其对福州城市区域局地环流的影响。结果表明:地表利用的城市化使得午后城市热岛现象更加明显而夜间热岛效应呈现出减小的趋势;地表利用城市化后,中心城区的近地面风速减小,但城区与山区以及城区与海洋之间的局地热力环流明显加强,促进了山谷风和海陆风环流的发展;同时地表加热效应增强,促进了垂直运动的发展。      

The role of snow/ice cover in the formation of a local Himalayan circulation

Observations and model simulations were conducted in a typical Himalayan valley to investigate the role of snow/ice cover in the formation of the local diurnal wind. An unusual local circulation was observed in the Himalayas with a strong down-valley flow dominant from noon to midnight, greatly differing from those in other mountainous regions. Two experiments with snow/ice cover included/excluded were performed using the Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) to reconstruct the Himalayan circulation, and to reveal the role of snow/ice in this circulation. The results show that the wind system in the Himalayas is composed of both glacier winds driven by the snow/ice cover and classical mountain-valley winds. In particular, the glacier winds establish the distinctive feature of the Himalayan local circulation, i.e., the strong down-valley flow in the afternoon.     

西双版纳地区雾的数值模拟研究

建立了一个适用于复杂地形上的三维非定常雾模式,用于研究西双版纳地区雾的生消规律。模式详细考虑了湍流、长短波辐射、凝结、蒸发、重力沉降等影响因子,特别注意了植被和气溶胶辐射效应对雾的生消的影响。利用本模式对山谷风及雾的生消过程进行了实况模拟,结果表明,模式在一定程度上反映了实际情况。     

2008年秋季从化山谷风观测研究

利用2008年10月15日—11月16日在广州从化获得的基线小球测风资料,分析研究了秋季从化山谷风的特征。研究表明:从化山谷风主要出现在系统风速小于1.5 m/s,谷风出现时间为10:00—18:00,山风强度比谷风强度大;山谷风厚度大致为300 m,回流出现高度在300～700 m;山谷风转换期间,静小风频率较高;系统风与山谷风方向相反时,山谷风高度内多为静小风。冷锋过境时不会出现山谷风。     

Diurnal Variations of Summer Precipitation in the Beijing Area and the Possible Effect of Topography and Urbanization

The present study examined the diurnal variations of summer precipitation in the Beijing area by using subdaily precipitation and wind observations. A combined effect of topography and urbanization on the characteristics of diurnal variations was suggested. It was shown that stations located in the plain areaexhibited typical night rain peaks, whereas those in the mountainous area exhibited clear afternoon peaks ofprecipitation diurnal variations. The precipitation peaks were associated with wind fields around the Beijing area, which were found to be highly modulated by mountain-valley circulation and urban-country circulation.The lower-tropospheric wind exhibited a clear diurnal shift in its direction from north at 0800 LST to southat 2000 LST, which reflected mountain-valley circulation. The transitions from valley to mountain windand the opposite generally happened after sunset and sunrise, respectively, and both occurred earlier for thestations located closer to mountains. By comparing the diurnal variations of precipitation at stations in anortheast suburb, an urban area, and a southwest suburb, it was revealed that the northeast suburb grouphad the highest normalized rainfall frequency, but the southwest group had the lowest from late afternoon tolate evening. On the contrary, in the early morning from about 0200 to 1000 LST, the southwest group andurban group had the highest normalized rainfall frequency. This pattern might originate from the combined effects of mountain-valley topography and urbanization.     

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。      

山谷风环流控制下的大气污染物输送和扩散过程:二维数值模拟研究

本文以兰州地区的实际地形为背景,建立了一个二维小尺度数值模式,并用它对山谷之间热力差异造成的山谷风环流及其控制下山谷中高架源排放的污染物输送和扩散过程进行了模拟研究。结果表明,在山谷风环流控制下,造成山谷内高污染浓度的主要因素有两个:一是日出前和日落后山谷风的转换;二是在白天由于山谷风环流所造成的山谷上空较强的下沉气流。     

大亚湾核电站厂址区域大气扩散研究

采用一个基于流体静力平衡的动力学诊断模式对大亚湾核电站厂址区域的气象场进行实际模拟,研究了复杂地形和下垫面对流场的动力和热力作用。数值实验表明：模式能很好地模拟中尺度局地环流的基本特征和变化规律。在模拟气象场的基础上,利用Monte Carlo多源模式计算了污染物的时空分布和干湿沉积量。模拟结果显示：模式很好地反映在海陆风和山谷风环流及排牙山影响下大气参数的非均匀性和非平稳性。     

青藏高原雪盖变化对我国气候的影响

青藏高原雪盖是影响我国气候的一个重要因子,除了具有明显的季节变化之外,还有明显的年际变化和年代际变化．它通过改变高原的热力作用而影响东亚季风进程、大气环流以及我国的气温和降水．雪盖具有较为明显的持续性,且具有振幅变化大的特点,人们越来越重视雪盖的气候效应和作为季度预报因子的作用．     

复杂地形局地环流的数值模拟研究

采用一个三维中尺度动力学诊断模式,对重庆地区气象场进行了实例模拟,研究了复杂地形和不同下垫面型对流场的动力和热力作用,揭示了中尺度局地环流（山谷风、河陆风）的基本特征和变化规律,模拟结果与实测资料有好的一致性,表明该模式能够成功地模拟复杂地形局地环流。     

Evaluation of wind resource using numerically optimized data in the southwestern Korean Peninsula

The wind distribution over the Korean Peninsula was analyzed using numerically optimized wind data to reduce the uncertainties in estimating the wind resources. The simulated data were validated by a comparison with surface wind observations and three statistical indexes. According to the simulated surface winds, mesoscale circulation, such as land-sea breeze and mountain-valley winds affect the wind characteristics of the hub height at coastal and inland regions. However, the prevailing winds are strongly associated with the synoptic forcing at the island and mountainous regions, not the regional circulation. On the other hand, the atmospheric stability definitely affects the strength of the daytime and nocturnal wind speed at a hub height. Overall, there was a significant difference between the numerical and logarithmic method to estimate the wind energy at hub height. Moreover, the discrepancy in the wind density estimated using the two methods becomes clear over inland and mountainous areas.