扰动近地层湍流互谱特征研究

运用国际能量平衡实验(EBEX-2000)的湍流、净辐射和温度梯度资料,对近地层8.7 m和2.7 m两个高度的湍流互谱结构、温度廓线和湍流通量的特征进行了分析,重点研究了逐块灌溉所致的扰动近地层内大涡与局地湍流的相互作用以及大涡对地表通量的影响。研究结果显示,低频湍流互谱的峰值频率在两个高度趋于一致,基本遵循外层标度律(OLS)模型;高频湍流符合局地各向同性湍流理论。由于大涡的影响,湍流互谱低频能量显著增强,且该增强作用在8.7 m高度比2.7 m高度更为突出。湍流谱的低频部分出现多峰值,峰值频率对应的涡旋尺度与热力非均匀性的尺度有较好的对应关系,主要的3个涡旋尺度分别为800,400和200m。大尺度涡旋扰动对局地湍流的影响:上层大于下层,不稳定时大于稳定时。     

扰动近地层湍流互谱特征研究

运用国际能量平衡实验(EBEX-2000)的湍流、净辐射和温度梯度资料, 对近地层8.7 m和2.7 m两个高度的湍流互谱结构、温度廓线和湍流通量的特征进行了分析, 重点研究了逐块灌溉所致的扰动近地层内大涡与局地湍流的相互作用以及大涡对地表通量的影响。研究结果显示, 低频湍流互谱的峰值频率在两个高度趋于一致, 基本遵循外层标度律(OLS)模型; 高频湍流符合局地各向同性湍流理论。由于大涡的影响, 湍流互谱低频能量显著增强, 且该增强作用在8.7 m高度比2.7 m高度更为突出。湍流谱的低频部分出现多峰值, 峰值频率对应的涡旋尺度与热力非均匀性的尺度有较好的对应关系, 主要的3个涡旋尺度分别为800, 400和200 m。大尺度涡旋扰动对局地湍流的影响: 上层大于下层, 不稳定时大于稳定时。     

双高斯拟合的风廓线雷达降水时的风场反演

风廓线雷达在降水天气下探测到的返回信号主要包括大气湍流信号和降水粒子信号,其功率谱数据在结构上通常表现为双峰结构,并且在一定程度上可以看成是双高斯形式的。利用北京延庆CFL-08型边界层风廓线雷达在降水条件下获得的探测数据,采用双高斯拟合的方式将湍流谱和降水谱分开,并通过分离之后的湍流谱对不同强度的降水过程进行了垂直速度场和水平风场的反演。反演结果表明,利用双高斯拟合可以有效地将湍流谱和降水谱区分开,反演得到的垂直速度场、水平风场较处理之前更加精确。     

基于双高斯拟合的风廓线雷达在降水条件下的风场反演

风廓线雷达在降水天气下探测到的返回信号主要包括大气湍流信号和降水粒子信号,其功率谱数据在结构上通常表现为双峰结构,并且在一定程度上可以看成是双高斯形式的。本文利用北京延庆CFL-08型边界层风廓线雷达在降水条件下获得的探测数据,采用双高斯拟合的方式将湍流谱和降水谱分离开,并通过分离之后的湍流谱对不同强度的降水过程进行了垂直速度场和水平风场的反演。反演结果表明,利用双高斯拟合可以有效地将湍流谱和降水谱区分开,反演得到的垂直速度场、水平风场较处理之前更加精确。     

风廓线雷达在降水条件下水平风场的反演研究

风廓线雷达利用湍流信号进行水平风场反演时，雷达回波信号中的功率谱数据包含大气湍流、地物、降水粒子等，其中降水粒子对水平风场造成的干扰尤为严重。若用没有剔除杂波的功率谱反演水平风场，会导致水平风场的真实度较低。本文首先用插值法和中值滤波法抑制杂波干扰，再用分段法确定平均噪声，然后根据两峰之间的最低点对降水时段的双峰功率谱进行湍流谱和降水谱的分离，继而利用分离出来的湍流谱信号反演水平风场，最后选取青海大学风廓线雷达2021年8月27日和2022年4月27日两场降水数据进行分析。结果表明：用分离出的湍流谱信号反演的水平风场较分离前一致性提高，分离湍流谱信号的方法可行，且用智能天气传感器进行验证，验证结果较好。     

近地层风廓线与垂直湍流强度关系研究

通过改进Ｐｒａｎｄｔｌ混合长理论,得出近地层风廓线形式εｕ／εｚ为ｕ＊／ｋ１ｚ其中ｋ１（σｗ／ｕ８）（１－ｋ／２）;在中性层结下ｋ１为０．４,风廓线与传统形式完全相同。分析认为Ｋａｒｍａｎ常与垂直湍流强度有关,其量值的弱不确定性是由于“中性”及“近地层常用量假定”不符合实际大气情况所致;所建立的垂直湍流强度与无量纲风廓线关系可以合理地描述在稳定边界层的情况。     

城市大气边界层分析中的相似理论应用研究

以Ｍｏｎｉｎ－Ｏｂｕｋｏｖ相似理论为依据,利用拟合方法和迭代法计算非均匀下垫面近地层湍流特征参数,通过对新疆库尔勒市郊相对平坦地形上的系留探空资料计算分析说明,两种计算方法所得的湍流特征参数相差较大;如何考虑外部参数ｚ０对确定非均一下垫面湍流特征参数非常重要。研究结果认为,３００ｍ以下用乘幂律风廓线描述风速随高度分布是比较适合的。     

考虑垂直湍流和水平流动热交换的空气温度计算模型

为了解决城市区域近地层空气温度的计算问题,将近地层空气在垂直方向上划分为若干层,针对每一层空气建立能量平衡方程,在方程中考虑了垂直方向上的湍流热交换作用和水平方向上的来流空气热交换作用,通过与下垫面和建筑墙面能量方程的联合求解可以得到近地层空气温度的垂直分布.采用广州地区小尺度区域（水平范围小于500m）和大尺度区域（水平范围大于1000m）夏季的测试结果对模型计算结果进行验证.结果表明,模型计算结果与测试结果比较接近,小尺度区域比较样本中最大相对误差为4.18%,说明该模型在预测城市区域近地层空气温度方面具有一定的准确性,可以用于城市热岛和热环境的理论分析.     

考虑空气垂直湍流热交换和空气水平流动热交换的近地层空气温度计算模型

为了解决城市区域近地层空气温度计算问题,将近地层空气在垂直方向上划分为若干层,针对每一层空气建立能量平衡方程,在方程中考虑了垂直方向上的湍流热交换作用和水平方向上的来流空气热交换作用,通过与下垫面和建筑墙面能量方程的联合求解可以得到近地层空气温度的垂直分布。采用广州地区小尺度区域（水平范围小于500米）和大尺度区域（水平范围大于1000米）夏季的测试结果对模型计算结果进行验证。结果表明,该模型计算结果与测试结果比较接近,比较样本中最大平均相对误差为3.62%。因此,该模型在预测城市区域近地层空气温度方面具有一定的准确性,可以用于城市热岛和热环境的理论分析工作。     

2010年云南“6.25”特大暴雨中尺度特征及成因的数值模拟分析

 使用1°×1°NCEP再分析资料、TBB黑体亮温资料和自动站逐时降水资料,应用MM5V3.6中尺度数值模式对2010年6月25日发生在云南曲靖马龙罕见的特大暴雨进行数值模拟,主要从动力结构和不稳定机制研究本次特大暴雨的中尺度特征及其成因.研究表明：降水发生期间中低层有较强的水汽辐合柱存在,强降水发生前中低层积累了较大的对流不稳定能量,近地层辐合线的形成诱发中低层辐合的产生,强烈的垂直上升运动促使对流不稳定能量迅速释放,触发强对流降水,高层辐散中低层辐合形成的“抽吸作用”以及利于垂直上升运动和降水的维持.地形敏感试验表明,近地层辐合线出现的位置与云南地形有很大的关系,从而影响强对流暴雨的落区.     

一次江淮飑线天气过程的边界层湍流输送特征

为了充分了解飑线冷池、湍流动能及湍流输送的特征,利用中尺度天气预报数值模式,对2014年7月12日江淮地区的一次飑线过程进行了数值模拟,分析其边界层冷池、湍流动能和湍流输送特征。结果表明:飑线处于发展期时冷池作用较小,随着飑线系统的增强,冷池作用逐渐显著,对环境风的阻碍作用加强,其前沿辐合加强,有利于触发新对流;飑线发生前,浮力项为边界层湍流动能的主要产生项,湍能随高度减小;飑线系统过境时,切变项为主要湍能源,在边界层高层时较大;飑线对流前的晴空区域内,边界层湍流运动向下输送动量,补充边界层摩擦损耗;飑线强对流影响的区域内,近地层湍流运动向上输送动量,减弱了大风的影响;向上较大的潜热、感热通量增强低层的大气不稳定性,有利于强对流系统的发生发展。分析表明,边界层湍流输送与飑线系统的演变过程密切相关。     

青草背长江大桥桥位风速脉动特性实测分析

为研究山区风场近地层风速的脉动特性,利用安装在青草背长江大桥上的高频风速仪对桥址处风场进行为期8个月的全程监控.根据实测风速序列分析了在桥址处平均风速、风向、湍流强度、阵风因子和功率谱的统计特征,并针对山区风阵风因子随湍流强度变化关系以及不同计算时距条件下阵风因子的换算关系进行了探讨.研究结果表明:受局部热力环流的影响,桥址风场具有明显周期性变化特征;高风速下顺风向湍流强度及竖向风速相对湍流强度大于桥梁抗风设计规范建议值,而横风向相对脉动强度则比桥梁抗风规范值小;阵风因子随阵风计算时距的变换规律可以用对数高斯函数加以描述;山区复杂地形、地貌导致风速中湍流成分发育更为充分,湍流高频能量相对较大,脉动风速谱在高频段比规范推荐风谱大,低频段比规范推荐谱小.     

东江流域降水空间分布模式识别

 一定区域范围内,近地层气象因子往往是在统一的构造背景控制下形成的,降水、气温、蒸发等气象因子具有自相似性特点。以广东省东江流域内29个雨量观测站点1956-2005年月平均降水资料为样本,运用信息熵原理中有向信息传输指数研究了雨量观测站点之间的信息传输特征,并结合聚类分析方法界定各观测站的所属关系,提出了基于信息熵原理的流域降水空间分布模式识别方法,从而为流域水文要素空间分布模式识别和水资源利用方案提供重要理论和实践依据。     

河西戈壁地区不同天气背景下微气象状况的初步分析

对黑河计划ＩＯＰ期间在化音戈壁站观测的湍流脉动场资料及有关梯度资料进行了分析，得到了湍流脉动强度、湍流感热、潜热通量和温、湿梯度的若干特征。无量纲脉动强度的变化趋势与经典关系基本一致，但在量上稍有差异；一般的晴天情况下，感热大于潜热，湿度场以逆湿为主；不过感热和潜热的比例关系和湿度梯度均随天气状况而变；在每一个降水过程中湍流通量特征可以分为四个阶段，各个阶段的感热和潜热均有较大差异；降水发生过后，感热和潜热输送特征要恢复到降水前的状况大约需要４天左右的时间     

近地层能量闭合率异常的初步分析

利用"内蒙古微气象观测蒸发试验"和兰州大学半干旱气候与环境监测站的观测资料,对近地层能量闭合比率异常情况进行了初步分析.结果表明:实际观测的近地层能量近似平衡,EBR频数分布在1附近达到峰值.EBR异常负值是异常值的主要部分,异常负值和异常正值频次分布均在日出日落及大气弱稳定条件时达到峰值.EBR异常主要发生在净辐射0,湍流通量-40～40 W/m2,大气处于稳定的情况下.大气湍流结构和地表热通量数值大小不是造成EBR异常的主要原因.     

莆田秋冬低层东风回流下的非典型降水特征分析

应用地面观测数据、历史天气图和NECP再分析资料,普查了近10年莆田地区秋冬季低层东风回流下的非典型降水天气个例,对形势场合成以及对回流天气过程的动力条件、水汽来源进行了诊断分析。结果表明,莆田秋冬低层东风回流下的非典型降水概率为11.9%,回流天气产生降水时中高层受西南气流影响且有弱的辐散维持,地面高压楔前部以及沿海冷空气共同充当"冷垫",中层暖湿气流遇到冷的下垫面产生弱降水;降水区低层有反气旋存在,且此反气旋自北向南呈斜楔状;降水区近地层有弱的辐散区,中低层辐合、高层辐散;产生降水的水汽来源于中高层西南气流,低层偏东风相对干燥。500hPa水汽通量散度的辐合起止时间与降水的起止时间相对应,可作为判断降水时段的参考依据。     

不同沙尘天气微气象和沙尘演变规律的对比研究

利用内蒙古浑善达克沙地沙尘暴实验探测资料,给出2004年春季多次沙尘天气过程近地面微气象学要素、湍流通量及沙尘浓度的极值对比,重点分析了3月27-28日强沙尘暴过境时近地面微气象学要素和辐射分量的变化特征。结果表明： 沙尘天气过程中,白天近地层温差均有不同程度的降低,夜间逆温强度减弱;净辐射与感热通量较晴空值均有不同程度的削弱。沙尘天气过境时,动量通量显著增加,动力湍流与热力湍流配合,有利于加强沙尘源区的局地起沙和沙尘的垂直输送过程。3月27-28日强沙尘暴过境时,伴随地面水平风向的转变,沙尘浓度迅速增加,风速及其垂直梯度增大;在沙尘暴增强阶段,近地层降温达7℃,比湿出现极大值,净辐射和感热通量降为负值。当沙尘浓度达到最大值后,净辐射上升至零,反映了夜间沙尘气溶胶对低层大气和地表的保温作用。     

湍流动能参数化在中尺度模式中的应用研究

在中尺度区域模式MM4的基础上对其中的湍流参数化方法作了改进,用湍流动能参数化方法代替原有的总体边界层方案中的局地K闭合,以高精度边界层方案作为控制方案,重点对1997-07-17的徐州暴雨进行了模拟。对湍流场的计算表明,这种闭合得到了合理的湍流场,代入模式计算稳定,预报的各物理量空间分布和原来的预报场相似,24h降水预报的位置没有改进,但是降水量有所提高,表明用湍流动能闭合方法代替局地K闭合是一种有希望的研究方向。该方法得到了比原模式中的湍流闭合方案更加合理的湍流扩散参数,对中尺度模式的改进有所帮助。     

9711号台风暴雨的诊断分析与数值试验

采用手数值试验的方法,分析了９７１１号台风登陆后的演变过程,讨论了水汽,地形等因子对台风及其降水的影响。诊断分析表明,理查逊数对降水落区具有一定的指标性,－１〈Ｒｉ〈０的强对流和湍流发展区与降水分布区域较一致。数值试验表明,水汽是台风及其降水加强和减弱的一个制约轭了,水汽含量减少到一定程度的台风过程可视为干台风过程;地形对台风系统的演变及其降水重要影响。     

热带季节雨林近地层CO2堆积的气象条件分析

热带雨林内CO2浓度分布随近地层CO2堆积现象的出现而发生显著变化,对估算林内各层植被冠层CO2储存项有直接影响.通过寻找形成近地层CO2堆积的主要气象控制因子,有助于判别不同气象条件在近地层CO2堆积中的作用.采用基于因子分析的主成分提取方法,将8个气象因子观测资料整合为3个主成分,并逐一揭示4个典型时期各主成分的支配因子在近地层CO2堆积形成中的作用.结果表明:热量条件是影响11—12月(雾凉季)、3—4月(干热季)、9—10月(雨季后期)近地层CO2堆积的主要气象条件.水分条件是6—7月(雨季前期)近地层CO2堆积的主要气象条件.动力条件对近地层CO2堆积影响较弱,仅起到辅助作用.