夏季太湖表面辐射和能量通量特征观测分析

利用太湖表面2012年6~8月的辐射和湍流通量观测资料,分析了太湖夏季晴天辐射平衡和能量平衡各组分的日变化特征。结果表明:12012年夏季晴天太湖表面向下、向上短波辐射和向下、向上长波辐射日平均值分别为282.6、19.5、425.8、478.6 W/m2,反照率日平均值为0.05;2夏季晴天净辐射、感热通量、潜热通量和热储项日平均值分别为210.3、3.8、121.8、5.7 W/m2;3夏季晴天感热通量白天为负最小值为-13.4 W/m2,夜间为正最大值为17.3 W/m2。潜热通量晴天白天最大值达到216.6 W/m2,是能量平衡分配的主导;与陆地下垫面不同的是,夜间潜热通量仍保持正值。热储项白天为正,夜间为负,约60%的能量以潜热的形式消耗。天气过程出现时,湖体稳定的正温层被打破,累积热储项急剧减少。     

加热过程对热带气旋生成的数值试验

用Pielke等的中尺度两维原始方程数值模式研究海气相互作用和其它非绝热加热过程对热带气旋生成的作用。进行了7种数值试验,即:(1)只考虑无云情况下的辐射加热作用;(2)考虑辐射加热和不均匀的云量效应;(3)只考虑海气交界面上的潜热和感热通量;(4)大尺度凝结、对流调整、辐射和洋面上潜热感热输送;(5)积云对流凝结加热和云天辐射;(6)积云对流凝结加热和洋面上的潜热感热通量;和(7)积云对流凝结加热、洋面上的潜热、感热通量和云天辐射等全部加热过程。 结果表明:积云对流凝结加热对热带气旋的生成起最重要的作用,大尺度凝结加热和对流调整趋于使低压填塞,而洋面上的潜热、感热通量也起不可缺少的作用。     

一次南海冷涌期间海气相互作用特征分析

选取2015年11月21-30日的一次长达10d的强冷涌过程进行了分析,得出如下结论:本次冷涌过程中先后连续出现两次冷高压东移南下,造成华南大部分地区的较大幅度降温。冷空气由北向南传播,但风速的增加却并非如此,对南海风场的分析发现这种风速的变化显然不能单纯用冷高压或冷平流来解释。由于冷高压南下,改变了东亚大范围地区的气压场,以后风场向气压场调整。同时也发现影响南海海温变化的原因主要是:海面吸收的短波辐射、海面有效反射辐射、感热通量、潜热通量、水平平流和风应力旋度导致的Ekman抽吸6个物理过程。     

城市不同下垫面湍流通量的观测和分析

利用榆中县2011年10月2-15日外场实验的湍流观测资料,结合天气背景,对比分析了城市同一区域内不同下垫面的动量通量、感热通量、潜热通量和CO2通量的差异特征.结果表明:草地下垫面和混凝土下垫面之间动量通量的差异较小;混凝土下垫面的感热通量整体大于草地下垫面,且在日间差异较大,差异的最大值达109.29 W/m2;草地下垫面的潜热通量在日间明显大于混凝土下垫面,差异的最大值达153.8 W/m2,夜间两下垫面潜热通量差异较小;CO2通量在排放源附近较大.     

中南半岛春季土壤湿度对南海及其周边地区夏季降水的影响

通过SVD分析等统计方法对中南半岛春季土壤湿度对南海及其周边地区夏季降水的影响进行了诊断分析,结果表明:中南半岛春季土壤湿度与西太平洋夏季降水呈现显著正相关,而与东印度洋夏季降水为显著负相关。中南半岛春季土壤湿度表现正异常时,西太平洋夏季降水增加;东印度洋夏季降水减少;正异常时,局地的蒸发偏大,近地面湿度增大,地面到大气的潜热通量增加;地表反照率减小,对太阳短波辐射的吸收更加强烈,向上的短波辐射相应减少,导致近地面温度降低,感热通量和长波辐射减少,使得海陆热力差异减小,有利于季风加强,季风爆发时间偏早,从而导致从东印度洋的水汽输往西太平洋,增加西太平洋的降水;反之亦然。     

2007年海气热通量影响南海夏季风爆发数值试验

本文利用RegCM3区域气候模式对2007年季风爆发前后南海海气热通量进行了数值模拟试验,探讨海气热通量对南海地区季风爆发以及相应变量场的影响得出以下结论：（1）RegCM3对南海降水、地面气温、500hPa位势高度场以及850hPa风场模拟整体偏弱,但是对各变量场的空间分布形势具有较好的模拟能力。（2）潜热、感热通量的变化对季风的爆发以及相应的变量场有重要影响,当去除潜热、感热通量后,南海低层基本受较强偏东风控制,500hPa位势高度有所偏高,副高偏西偏强,季风爆发严重偏晚,不利于南海地区水汽辐合抬升,使得降水大幅减少,大片海域甚至无降水出现;当潜热、感热加倍后,南海低层120°E以西基本受偏西风控制,风速明显加大,同时500hPa位势高度明显偏低,副高偏东偏弱,季风爆发偏早,有利于水汽在南海地区辐合,造成降水显著增多。     

亚热带红壤丘陵区非均匀地表能量通量的初步研究

在千烟洲站亚热带红壤丘陵区人工林生态系统,利用涡度相关技术研究了非均匀下垫面能量通量各个组成部分的日变化进程。本站能量平衡在冬季以感热通量为主,从春季开始树木进入生长季,以潜热通量为主。测站净辐射最高值冬季可达474.8W·m-2,春季达723.1W·m-2。感热通量在冬季最大值达278.68W·m-2,春季达305.02W·m-2。潜热通量在冬季最大值123.84W·m-2,春季最高达402.04W·m-2。土壤热通量一般最高值出现在午后15∶30,最低值则出现在清晨7∶00～8∶00。本站的能量平衡率一般在60%～98%。能量不闭合的原因初步认为有两个方面:①测定源的面积可能有误差;②忽略了水平对流产生的影响。从而提出了今后的研究重点。     

北冰洋春夏季海洋大气边界层特征的初步研究

采用 1998年北冰洋表面热量平衡 (SHEBA)试验的飞机探测资料 ,分析北冰洋春、夏季海洋大气边界层 (MABL)的特征。结果表明 :春季北冰洋MABL基本为近中性层结 ,夏季为弱稳定层结 ;春季边界层高度高于夏季。MABL垂直结构可分为近地层、云下混合层、云层和逆温层 ;MABL顶的层积云呈块状分布 ,云层内湍流输送活跃 ;通量输送水平不均匀 ,动量、感热通量多向下输送、潜热通量向上输送 ;春季湍流强度随高度呈现双峰型分布     

土地利用变化对城市气象环境影响的数值研究

采用南京大学的三维非静力区域边界层模式,选取典型天气状况作为代表,对北京1980、1990、2000及2004年不同土地利用类型冬夏两季的城市边界层特征进行数值模拟,结果表明:城市土地利用状况的改变对边界层热力及动力结构产生显著的影响,这种影响在夏季个例的日间尤为明显.如,由于建筑储热能力变化,地表反照率变化,导致城市表能量平衡重新分配,1980年个例较之2004年个例,夏季城市区域平均净辐射通量增加160 W.m-2.城市植被覆盖率减小,地表湿度降低,使得潜热通量最大减小81 W.m-2,感热通量则最大增加146 W.m-2.热通量和动量通量增大,地气相互作用的加剧,夏季城市区域气温增幅最大达2.2℃.建筑物高度及密度增大,湍能增强,且影响高度增大,混合层高度增加,使水汽等物质输送加强,分布更加均匀.城市动力粗糙度增加引起的阻尼作用在风速大时较明显,北京冬季日间风速较大,风速减少最大可达2.02 m.s-1;然而冬季大气层结较为稳定,湍能发展受到抑制,湍能及通量输送的变化不如夏季个例明显;地表较为干燥、植被覆盖稀少,潜热减小及感热增加的变化幅度较小,增温变化也不如夏季个例明显.     

城市峡谷热容量的数值模拟

考虑了城市峡谷的阴影和辐射吸收效应,对城市的热容量、位温分布、辐射量以及感热通量进行了数值模拟,结果表明,白天城市峡谷使城市热容量更大,夜晚城市呈现中性大气边界层,城市峡谷是城市感热通量的主要来源,因此,在研究城市气象时不能忽略城市峡谷的影响。     

HUBEX试验期间淮河流域陆面过程特征的初步分析

通过分析淮河流域能量与水份循环试验(HUBEX)1998～1999年巡回通量观测资料,发现在半湿润季风气候区,对于地表能量平衡而言潜热和感热通量在大多情况下是同等重要的,对于旱地和水田潜热甚至更主要,这与干旱、半干旱地区感热占主导地位完全不同.在晴空条件下,各层土壤温度均表现出一定的日变化特征,且其变化幅度随深度递减,在60cm深处温度日变化已减弱到1℃以下.另外60cm深度也是土壤含水量变化的转折点,因此在该区域可近似把60cm深度作为临界层.同时该流域土壤含水量的垂直廓线随天气背景和土壤类型的不同而不同,且在蒋集站6月份明显存在最大土壤含水量层.     

东北半干旱地区辐射收支与地表能量分析——以锦州地区为例

本研究利用2015年锦州通量观测站实测资料,对东北半干旱地区的地表辐射收支、能量平衡、地表反照率和能量闭合度等方面进行分析,得出以下结论:锦州地区向下短波辐射、地面向上短波辐射和地面向上长波辐射有明显的日变化特征,而大气向下长波辐射没有.该地区8月午后易产生对流云,致使向下短波辐射日变化在午后有明显波动.净辐射平均积分值8月为12.7 MJ/m~2, 12月为-0.9 MJ/m~2,冬季全天均由土壤向地表传递能量,所以夏季盈余的能量可能储存到深层土壤,在冬季释放.感热和潜热随净辐射有相同的增减趋势,日变化并不平滑,有多个峰值.平均地表反照率12月(0.21)明显高于8月(0.18).受不同天气条件影响,在不同季节,各辐射分量的日变化特征不同.降水通过改变土壤湿度会对感热、潜热和地表反照率产生影响.采用过原点和有截距两种不同的拟合方法来评估锦州冬夏的能量闭合度,对比结果发现,冬季能量闭合度均远低于夏季.     

穿透性太阳辐射在一维混合层模式中对混合层深度的影响

用单e指数形式的描述太阳辐射穿透性短波辐射的经验公式,代入Kraus-Turner发展的平均意义下一维时变混合层物理模型,得到考虑穿透性太阳辐射时混合层深度的控制方程.通过两组数值试验,与未考虑穿透性太阳辐射的混合层深度计算方法进行比较,研究了穿透性太阳辐射在不同海面热状况和不同风速下对混合层深度的影响.     

林网地区动量、感热和潜热通量的观测研究

本文根据北京大学地球物理系和中国科学院沈阳生态研究所,1989年5月在吉林省乾安县防风林带区农田中进行的大气边界层及微气象观测得风、温、湿、气压及热量平衡等资料,利用近地面层相似理论的通量廓线关系和能量平衡方程,导出的波文比方法、空气动力学方法、能量平衡方法以及廓线梯度法,计算了林网内上下层的动量通量、感热通量和潜热通量。结果表明:(1)2—4m处动量通量一般小于0.5kgm~(-1)s~(-2),14—16m处一般小于3.0kgm~(-1)s~(-2),并且波动较大;(2)感热通量有较强的日变化规律,并且2—4m处的值大于14—16m处的值,(3)潜热通量在2—4m处小于1—16m的值,在中午前后2—4m并出现负的值;(4)空气动力学方法、能量平衡方法与波文比方法计算结果比较吻合,而梯度法应用于2—4m处的计算结果偏小,因此,梯度法不适用于防护林树冠下层通量的计算。     

广东龙门地区草地下垫面地表辐射和能量平衡观测和分析

 利用2009年9月-2010年1月在广东省龙门县收集的涡动相关观测资料,比较了广东龙门地区草地下垫面秋、冬季不同天气条件下的地表通量特征。发现地表辐射平衡分量和能量平衡分量都存在明显的月际变化。典型晴天下辐射通量除长波辐射外均表现为标准的单峰日循环形态。在阴、雨天,辐射通量日变化曲线波动大,出现双峰甚至是多峰的形态。地面长波辐射略大于大气长波辐射,两者的差值在雨天、阴天、晴天依次增大。在辐射平衡中,地面长波辐射贡献最大,大气长波辐射次之,再依次为太阳短波辐射、净辐射和反射辐射。与晴天相比,阴天潜热、感热均减少。与秋季相比,冬季潜热减少,感热增加。在晚上存在负水汽输送现象。降水天里地热流量全天为负值,土壤从深层向地表释放热量。无论晴天还是阴天,地表和浅层土壤温度都表现为准正弦曲线。土壤温度的活动层基本在10cm土壤层内,各层土壤温度峰（谷）值出现的时间随着土层厚度增加而延迟,10cm以下土壤温度几乎无日变化特征,雨天时地面和浅层土壤温度呈下降趋势。各层土壤温度不仅跟天气状况有关,晴天高于阴天,还存在秋季地温度高于冬季的季节变化。     

地形、摩擦和加热作用在ω方程中数值贡献的计算方案

本文提出一个把斜压垂直运动区分为各种强迫机制的数值计算方案。在给出的总ω方程中有六项强迫函数。这些强迫函数是:1、实测风的微分涡度平流;2、实测风热力平流的拉普拉斯;3、地形作用;4、摩擦应力作用;5、潜热作用:6、地面感热输送向大气的作用。这些强迫函数能由日常观测的气象资料决定;相应的ω方程的数值解能由超张弛法得到:同时,从四个位面(200mb,400mb,600mb和800mb)上得到区分形式的垂直P-速度。     

南海夏季风强弱年东亚地表热力异常特征的合成研究

 利用NCAR/NCEP1948年1月-2002年12月共55 a 660个月的地表感热通量和地表潜热通量以及其它气象场的月平均再分析资料,计算了期间5-6月平均的南海夏季风湿位涡强度指数。由标准化的湿位涡强度指数距平的年际变化曲线,选择距平值大于0.5的年份为季风爆发的强年,距平值小于-0.5的年份为季风爆发的弱年,对强、弱年东亚及其周边地区的地表潜热通量（LHF）距平、地表感热通量（SHF）距平以及海平面气压（SLP）距平的分布特征进行了合成分析。结果表明,在南海夏季风爆发强年和弱年,其前期冬春季的地表潜热通量、感热通量以及海平面气压场的距平分布有很大不同,前冬的差别更为明显。冬季,LHF和SHF在强、弱年的主要差异在海洋上和近海地区,尤其是西太平洋沿岸,合成距平呈现沿海岸线的东北-西南向的带状分布,强年沿岸为正距平,弱年为负距平。LHF和SHF标准化距平叠加之和有同样的区域分布特征。这种强、弱年的距平分布差异,与低层风场在强、弱年的不同有密切关系,强年东亚冬季风偏强,弱年则反之。强、弱年SLP在前冬的距平差异,验证了上述结论。     

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。     

大气边界层模式参数优化的数值试验

运用变分方法修正的正大气边界层模式中的若干参数，使模式解与观测拟合，利用ＨＥＩＦＦ实验观测资料所作的数值试验表明，参数修正后，不但在资料拟合阶段，而且在随后１８ｈ的预报阶段，模式模拟的边界层内感热，水汽和辐射通量均有显著改善。     

热带海洋次表层温度反升现象的初步探讨

参照一维Kraus-Turner混合层模式,考虑了穿透性太阳短波辐射、盐度效应和次表层温度盐度方程,在障碍层现象的基础上数值模拟了次表层温度反升现象的产生、发展和消亡过程,并结合TOGA-COARE 0°N,156°E站点的观测资料,对其物理机制作了初步探讨.结果表明,次表层温度反升现象敏感地依赖于混合层深度、海面风速和太阳短波辐射等环境参量,在适当的气象、水文条件影响下,次表层温度反升现象往往会类周期性地重复出现.