2003—2017年贵阳大气边界层的逆温特征

利用贵阳高空气象探测站2003—2017年新型L波段高空探测雷达垂直高分辨探空资料,分析了贵阳大气边界层贴地和悬浮逆温层频率、厚度、强度、底高的时间分布特征。结果表明：(1)贵阳边界层逆温频率分布年变化波动小;(2)贵阳悬浮逆温年均频率约为贴地逆温频率的8倍,即“高层多,近地少”;(3)贴地逆温年平均强度为0.8～2.1 ℃·100m^-1,悬浮逆温年平均逆温强度为1.0 ℃·100m^-1;(4)悬浮逆温底高的年、季、月高度均呈现为早上低于傍晚的特征,贴地和悬浮逆温的厚度呈现冬季>春季>秋季>夏季的季节变化特性。     

基于L波段雷达资料的济南大气边界层特征分析

基于L波段探空GFE（L）1型二次测风雷达的垂直分层资料密,并从地面开始就可以获取资料的特点,分析了济南地区边界层特征,总结了逆温与空气污染的关系。     

L波段雷达探测资料在大气边界层特征分析中的应用

基于L波段雷达探测的高空气象资料具有垂直分层密,并可获取不同高度层资料的特点,应用2005～2009年L波段雷达探测资料对西宁市区大气边界层气候变化特征、茫崖70m、100m高度层气象要素的变化规律等进行研究,结果表明:L波段雷达探测资料,可用于大气边界层特征分析,进行大气污染潜势等分析预报;可为应急气象服务提供技术支持;可将其用于风能资源评价工作中。     

中国西北地区大气边界层高度变化特征——基于探空资料与ERA-Interim再分析资料

利用中国西北地区2015年9月至2016年8月38个站点L波段探空观测、2016年7月加密探空观测和ERA-Interim边界层高度资料,对比分析了西北地区大气边界层高度变化特征。观测资料表明,在中国西北地区,08:00(北京时,下同)冬季边界层高度最高; 20:00春季边界层高度最高,边界层高度从西部到东部有显著降低的趋势。ERA-Interim资料基本能表现出边界层高度的区域分布,但相对于探空观测得到的边界层高度,除夏季20:00外,ERA-Interim再分析资料边界层高度均偏低。全年平均而言,08:00(20:00)偏低160 m(170 m),其中在08:00(20:00),冬季(春季)偏低最显著。08:00边界层高度与低层稳定度、近地层温度和风速相关更加显著; 20:00边界层高度与低层稳定度和相对湿度相关更加显著。2016年7月加密观测资料对比表明,ERA-Interim资料的对流(中性)边界层高度显著偏高;低层稳定度、相对湿度偏小,风速偏大可能是造成边界层高度偏高的原因; ERA-Interim资料的稳定边界层高度偏低,与低层稳定度和近地层温度偏低相关,但其影响因素相对更加复杂。     

辐射雾的大气边界层特征

利用ＡＤＡＳ对一次连续５天辐射雾进行探测,获得了辐射雾生消过程中的温度、湿度、风场等要素的垂直分布。通过对这些资料的详尽分析,讨论了辐射雾在不同发展阶段的边界层特征。结果表明：逆温层对雾的形成和维持起着重要的作用,而雾又对大气边界层中的温、湿、风结构产生重要影响。     

辐射雾的大气边界层特征

利用ADAS对一次连续5天辐射雾进行探测,获得了辐射雾生消过程中的温度、湿度、风场等要素的垂直分布。通过对这些资料的详尽分析,讨论了辐射雾在不同发展阶段的边界层特征。结果表明：逆温层对雾的形成和维持起着重要的作用,而雾又对大气边界层中的温、湿、风结构产生重要影响。     

青藏高原大气边界层湍流特征量分析

采用１９７９年青藏高原气象科学实验资料,研究高原陆面上总体湍流送系数ＣＤ和ＣＨ的特征及边界层高度受高原地形的影响。结果表明用廓线法计算的高原上局地的ＣＤ和ＣＨ值比同样粗糙度长度条件下平原地区的值大得多,而且日较差也大于平原地区。     

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。     

L波段探空GFE(L)1型二次测风雷达资料在重庆大气边界层特征分析中的应用

利用1981～2004年气象和雷击火灾资料,研究气候条件对内蒙占大兴安岭林区雷击火灾发生的影响,进而分析该地区雷击火灾多发的气候原因.结果表明:①内蒙古大兴安岭林区雷击火灾发生次数有逐年增多的趋势,主要集中在5～7月,出现时间为5月12日到7月16日,多发生在每日10:00～17:00;②雷击火灾的发生与近年来气温的升高密切相关,尤其是5～7月气温和地温的升高,是引发内蒙古大兴安岭森林雷击火灾的主要因素之一;③5～7月降水量和相对湿度的逐渐减小,使干旱程度不断加剧,导致内蒙古大兴安岭地区从1999年以后,雷击火灾次数呈明显上升的趋势;④气候的变干、变暖以及极端气候事件的增多,是导致近年来内蒙古大兴安岭地区雷击火灾频繁发生的主要气候原因.     

济南章丘大气边界层风温场特征研究

基于章丘气象站2004—2009年实测资料,研究了当地大气边界层风向、风速、气温的时空分布特征,并利用SPSS 17.0数据统计软件的曲线参数估计法,探讨了符合章丘实际的风速随高度变化的拟合曲线及其数学函数关系。结果显示:研究地区大气边界层盛行风向为SSW,且呈现随高度增加沿顺时针方向偏转的特征;风速变化特征在10—300 m和350—1500 m不同高度层存在显著差异,春、夏、秋季和年平均风速随高度变化的指数曲线拟合结果总体好于幂函数曲线,而冬季则相反;气温变化特征四季基本一致,近地面层存在逆温现象,冬季逆温日数最多;逆温强度冬半年的大于夏半年的。     

乌鲁木齐市低层大气稳定度分布特征的统计分析

利用乌鲁木齐市4座100 m梯度气象塔2013年6月至2014年4月10 min气象资料,对比分析了温差法、温差-风速法、风速比法、理查森数法和总体理查森数法计算的A~F类大气稳定度的适用性,表明温差-风速法更适合乌鲁木齐市大气稳定度的分类,运用该方法计算出的A~F类稳定度进而统计分析乌鲁木齐市城区和郊区稳定度的频率分布特征。结果表明:郊区稳定类所占比例高于城区,城区中性类高于郊区,南郊和城区不稳定类高于北郊。中性类在冬季较大,春季和秋季较低;不稳定类在6月最高、9和1月最低;稳定类在10和1月最高、6和7月最低。白天以不稳定为主(占全天88.3%~96.3%)、夜间以稳定为主(占全天51.3%~60%),夏季最明显。不稳定与中性、稳定的日变化相反,郊区日出时和城区日出后2 h左右稳定类频率最大。中性(D类)在日出和日落后1~3 h分别出现两个峰值。寒潮天气稳定性比高温天气强,静风天气郊区稳定类比大风天气强,扬沙发生前以中性和稳定类稳定度为主、发生时和发生后以不稳定为主,降雨天气不稳定类比暴雪天气强。春季和夏季重污染天气B、C和F类为主,夏季南郊和近北郊C和F类约45%,秋季B和E类为主,约40%~50%;冬季城区D类频率最大,南郊、北郊和近北郊F类频率最大。     

大气边界层湍流涡旋结构的小波分解

利用离散正交小波在若干物理判别准则下对边界层湍流脉动信号进行去噪和多尺度分解,从而有效地区分出均匀各向同性小涡成份和大尺度含能涡旋成份。能谱分析发现,小涡的谱动力学行为具有非常好的标度不变性,标度关系满足Kolmogorov的“-5／3”律。       

Impact of Different Aerosols on the Evolution of the Atmospheric Boundary Layer

The present work analyzes the effect of aerosols on the evolution of the atmospheric boundary layer (ABL) over Shangdianzi in Beijing.A one-dimensional ABL model and a radiative transfer scheme are incorporated to develop the structure of the ABL.The diurnal variation of the atmospheric radiative budget,atmospheric heating rate,sensible and latent heat fluxes,surface and the 2 m air temperatures as well as the ABL height,and its perturbations due to the aerosols with different single-scattering albedo (SSA) are studied by comparing the aerosol-laden atmosphere to the clean atmosphere.The results show that the absorbing aerosols cause less reduction in surface evaporation relative to that by scatting aerosols,and both surface temperature and 2 m temperature decrease from the clean atmosphere to the aerosol-laden atmosphere.The greater the aerosol absorption,the more stable the surface layer.After 12:00 am,the 2 m temperature increases for strong absorption aerosols.In the meantime,there is a slight decrease in the 2 m temperature for purely scattering aerosols due to radiative cooling.The purely scattering aerosols decrease the ABL temperature and enhance the capping inversion,further reducing the ABL height.     

珠峰地区大气边界层结构及近地层能量交换分析

利用2005年中国科学院珠穆朗玛峰地区科学考察期间的无线电高空探测资料和超声风温仪观测资料,分析了珠穆朗玛峰地区边界层高度、风速、风向和比湿的日变化以及两个海拔高度不同的观测站(珠峰站和曲宗站)的近地层能量交换特征,得到珠穆朗玛峰地区5月份边界层高度日变化比较明显,因冰川风的存在影响了大气边界层,边界层高度最高为3888 m;白天珠穆朗玛峰地区低层都存在逆湿现象。因珠峰站和曲宗站海拔高度、下垫面状况不同,能量交换特征也不同:4~5月份白天珠峰站感热大于潜热,而曲宗站潜热大于感热;珠峰站土壤热通量转为正、负值的时间早于曲宗站。     

乌鲁木齐市边界层日变化特征

利用乌鲁木齐市晴天CFL-03型风廓线雷达观测资料,分析了边界层日变化特征。得出结论如下:边界层结构季节变化明显。冬、春季300~600m以下风速较小,小于3m/s,且愈近地面风速愈小;以上风速大、风向恒定,基本为东南大风。夏季和秋季风速比冬季和春季小,流场特征较复杂,水平风速和风向变化较活跃,存在明显的风切变。折射率结构常数春、秋和冬季比夏季分别小1个、3个和1~3个量级;夏季最大,集中在10~(-16)~10~(-13) m~(-2/3)之间。春、夏和秋季晴天湍流动能耗散率量级分别在10~(-6)~10~(-2) m~2·s~(-3)、10~(-4)~10~(-3) m~2·s~(-3)、10~(-6)~10~(-3) m~2·s~(-3)之间;白天比夜间约大1个量级。晴天折射率结构常数和湍流动能耗散率日变化特征与风场日变化特征有较好地对应关系,即湍流发展旺盛的区域与风速较大的区域相一致。风廓线雷达资料反演的湍流动能耗散率对春季和夏季边界层结构日变化演变特征的监测较好。夏季夜间稳定边界层约400~500m,残余层可达到约1800m,对流边界层可发展到约2500m,混合层约2200m,夹卷层约300~400m。     

大气边界层和大气环境研究进展

大气边界层物理和大气环境是大气科学的重要领域,中国科学院大气物理研究所自成立以来在这一研究领域取导了丰硕的成果.作者重点介绍最近十多年来在大气边界层探测、大气边界层结构特征、大气湍流理论、城市和区域大气污染预测预报模式研究等方面取得的重要进展,并对大气边界层和大气环境研究的未来发展作了展望.     

由非季风区向季风区过渡过程中大气边界层结构的变化分析

利用中国西北中部具有代表性的非季风区、夏季风影响过渡区和季风区的7个高空站的2013年夏季晴天07时、13时、19时（北京时）的大气边界层资料,通过分析大气边界层位温、比湿、风速的垂直结构,发现大气边界层结构及厚度在不同区域的分布特征:稳定边界层厚度、残余层顶高度和对流边界层厚度从非季风区、夏季风影响过渡区至季风区出现阶梯性大幅降低,从非季风区至夏季风影响过渡区,以及从夏季风影响过渡区至季风区,对流边界层厚度降幅依次为25.6%和81.8%,稳定边界层厚度降幅依次为58.3%和41.8%;在稳定边界层条件下,可观察到低空急流的存在,非季风区低空急流出现高度明显高于夏季风影响过渡区和季风区,且非季风区的低空急流风速也明显大于夏季风影响过渡区和季风区。通过分析与大气边界层发展最为密切的陆面热力因素在不同气候区的分布,净辐射值、日地-气温差最大值以及感热通量值在非季风区大于夏季风影响过渡区和季风区,从陆面热力过程为非季风区大气边界层厚度大于夏季风影响过渡区和季风区提供了理论依据。     

大气边界层物理与大气环境过程研究进展

总结了近5年来中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室(LAPC)在第二代超声风速温度仪研制、城市边界层研究、复杂地形大气边界层探测与数值模拟、湍流机理研究、大气污染模式发展与应用等领域的主要进展,其中,第二代超声风速温度仪的野外对比测试结果表明其主要性能完全达到了国际先进水平;北京城市化发展使得北京325 m气象塔周边近地面流场已经具备了典型城市粗糙下垫面的流场特征,近地面夏季平均风速呈现非常明显的逐年递减趋势;北京沙尘暴大风时期湍流运动主要是小尺度湍涡运动,而大风的概率分布偏离高斯分布,风速较大的一侧概率分布呈指数迅速衰减,大风中风速很大的部分具有分形特征;珠穆朗玛峰北坡地区两次综合强化探测实验是迄今为止在青藏高原大型山地中实施的针对山地环流和物质／能量交换最为全面和连续的大气过程探测实验;白洋淀地区的观测研究表明,非均匀边界层具有一般边界层不具备的特点,无论是边界层结构还是湍流输送方面,水、陆边界层之间存在一定的差异,凸显其地表非均匀性的作用;为了解决不同尺度、不同类型的大气污染问题和实际应用,研制或发展完善了多套大气污染模式系统,包括全球大气化学模式、区域大气污染数值模式、城市大气污染数值模式和微小尺度(如街区尺度)范围内污染物输送扩散模式。     

大气边界层风速脉动的分形模拟

应用曲线分数维计算方法计算大气边界层实际风速观测资料的分数维值,并根据分形理论构造出一个理论模型来模拟真实的大气边界层风速时间序列。将模拟和真实数据的一些重要的统计特征,例如方差、风速概率分布、谱密度函数和自相关函数等,进行了比较,结果表明二者具有很好的一致性。     

由地基遥感资料确定大气边界层特征

中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室拥有用于边界层垂直结构探测的相控阵声雷达（PA2）、低层大气廓线仪（LAP-3000）以及无线电声雷达（RASS）。本文研究如何利用这些设备获取的遥感观测资料,确定边界层湍流热通量的垂直分布、地面热通量以及边界层高度等问题。