局地相似性关系在城市边界层中的适用性验证

利用中国科学院大气物理研究所325 m铁塔在2003年8月期间47和120 m高度上的湍流观测资料,对局地相似性关系在城市边界层的适用性进行了检验。结果表明：47 m高度仍属于城市冠层之上的近地面常通量层,莫宁－奥布霍夫相似性关系基本适用。但120 m高度则基本属于近地面层与自由对流层之间的过渡高度,在该处,相似性关系部分适用。同时,给出了不同的层结稳定度条件下47和120 m高度上的无量纲速度和温度标准差与稳定度之间的局地相关表达式。     

区域大气模式中陆面子模式起转过程的研究

模式的起转过程(spin-up)是指在非平衡初值或扰动的条件下,模式进行调整而达到平衡态的过程.以黑河实验(HEIFE) 1991年6月20日到7月20日张掖站观测的地表能量通量和土壤温度资料为基础,用大量数值实验研究了RAMS (Regional Atmospheric Modeling System)陆面子模式起转过程所需的时间范围.数值实验中,为细致考虑土壤初始参数对此过程的影响,共设计了40余组不同的初始土壤水、热参数.通过模拟结果分析,把RAMS陆面模式起转过程的表现归纳为4大类,并说明了这个过程的持续时间可能因为土壤初始参数的不同而产生较大的差异,其范围可能为数小时至一周以上.在判断RAMS模拟地表、低空物理量时,土壤含水量是判断模式是否达到平衡态的重要因子.     

An Application of the RAMS/FLUENT System on the Multi-Scale Numerical Simulation of the Urban Surface Layer A Preliminary Study

The Regional Atmospheric Modeling System （RAMS） and the computational fluid dynamics （CFD） codes known as FLUENT are combinatorially applied in a multi-scale numerical simulation of the urban surface layer （USL）. RAMS and FLUENT are combined as a multi-scale numerical modeling system, in which the RAMS simulated data are delivered to the computational model for FLUENT simulation in an offline way. Numerical simulations are performed to present and preliminarily validate the capability of the multi-scale modeling system, and the results show that the modeling system can reasonably provide information on the meteorological elements in an urban area from the urban scale to the city-block scale, especially the details of the turbulent flows within the USL.     

资料同化在空气质量预报中的应用

随着数值模式的不断完善和观测技术的不断提高，资料同化逐渐成为能够进一步提高数值预报水平的一种有效方法。20世纪70年代，资料同化开始引入空气质量预报领域，成为当前大气环境科学研究的一个新方向。简要介绍了资料同化的含义，较详细地介绍了Kalman滤波法、四维变分同化法、牛顿松弛法的基本思想和优缺点，重点阐述了国内外资料同化在空气质量预报中的研究应用情况，最后指出资料同化应用于空气质量预报时存在的问题和今后的研究方向。     

近15年北京夏季城市热岛特征及其演变

根据北京地区20个地面气象观测台站1990-2004年7月的气温资料，分析了最近15年来北京夏季城市热岛的最新特征和变化趋势，也分析了城市热岛与气温，城郊地表温度差与地表温度，气温和地表温度间的关系。结果表明：北京夏季夜间出现了强热岛，郊区城市也出现了热岛现象，但白天城市热岛相对夜间不明显。夜间城市热岛强度呈逐年增强趋势，但白天这种趋势不明显。夜间城市热岛与气温呈正相关，气温高的年份，城市热岛强度相对也大；夜间城郊地表温差与地表温度呈正相关，地表温度越高，城郊地表温差越大；夜间，气温与地表温度呈正相关，气温越高，地表温度也高。白天，这些相关相对夜间来说不那么明显。研究成果对北京城市发展规划和高温灾害的防治有一定的科学参考价值。     

扩散系数反演及其差分格式研究

空气污染预报属于正问题，而从污染物浓度来求解扩散系数则属于反问题。正问题和反问题有着本质的不同，在解的定义和求解方法上也有很大的区别。从最优控制的角度定义了大气边界层中垂直扩散系数反演问题的解，用伴随模式方法得到目标函数的梯度并求解反问题。研究中发现，反演的结果与模式差分格式的选取有关，与测试源的设置也有直接的关系。在经过多次数值试验后，对于误差的来源进行了理论分析，发现了反演结果与差分格式及测试源之间的联系，得到了满意的反演结果，并为实验测定扩散系数提供了依据。     

内蒙古奈曼流动沙丘下垫面湍流输送特征初步研究

分析了2000年7月21日～8月10日在内蒙古奈曼流动沙丘下垫面取得的近地面层湍流及辐射观测资料,讨论了无量纲湍流方差与稳定度参数z/L的关系,发现无量纲速度分量方差及无量纲温度、湿度脉动方差在不稳定层结下,均满足莫宁-奥布霍夫相似理论;同时还讨论近地面层能量的收支.发现流动沙丘下垫面感热通量与地表热通量最大值分别为170 W m-2及100 W m-2;潜热通量通常小于50 W m-2;流动沙丘净辐射最大值为400 W m-2左右.(Hs+Hl),与(Rn-G)的比值在晴天白天平均值为0.78左右,流动沙丘下垫面近地面层能量不平衡现象存在,其原因有待进一步研究.     

北京夏季O3日变化及通量研究

2002年夏季，以北京325m气象塔为观测平台，进行了大气污染物臭氧(O3)及其前体物氮氧化物(NOx)和气象要素加强期的同步观测，并对观测资料做了详尽分析。结果表明：边界层内存在明显的臭氧浓度垂直差异；低层(120m)O3浓度呈明显的日变化，且昼夜振幅较大；夜间高层(280m)O3的化学消耗较弱，可维持较高的浓度；稳定度(Ri)在低层以中性态居多，振幅较小，而在高层以不稳定态居多，振幅较大。两层O3湍流输送通量都呈单峰变化。白天，在O3前体物和局地光化学反应共同作用下，120m左右处的O3污染最大。     

北京夏季O3日变化及通量研究

2002年夏季,以北京325m气象塔为观测平台,进行了大气污染物臭氧(O₃)及其前体物氮氧化物(NO_x)和气象要素加强期的同步观测,并对观测资料做了详尽分析。结果表明:边界层内存在明显的臭氧浓度垂直差异;低层(120m)O₃浓度呈明显的日变化,且昼夜振幅较大;夜间高层(280m)O₃的化学消耗较弱,可维持较高的浓度;稳定度(Ri)在低层以中性态居多,振幅较小,而在高层以不稳定态居多,振幅较大。两层O₃湍流输送通量都呈单峰变化。白天,在O₃前体物和局地光化学反应共同作用下,120m左右处的O₃污染最大。     

一个非线性近地层模式

1.引言识别和描述空气运动的垂直分量对混合过程影响的尺度,一直是边界层理论的重点。有各种各样的尺度定义,最早、最简单的是经典的Prandtl公式: l=kz 它是联系混合长与边界层中距地高度的关系式。考虑整个边界层为中性层结,Blackad-