不稳定近地面层湍流的大涡模拟

采用加密网格的大涡模式获取边界层风、温场的高分辨率模拟结果,并据以分析近地面层大气的湍流特性。结果表明,较小的网格尺度使次网格湍流贡献率大为降低,模式计算结果对次网格参数的依赖性减小,边界层整体特征得到更好的反映。同时,模拟出的近地面层通量 廓线关系及湍流速度特征与实际观测结果吻合甚好,表明模式具有反映近地面层平均运动和湍流特性的能力。     

近地面层湍流通量间接计算方法的比较

本文应用空气动力学方法和近地面层Ｍｏｎｉｎ－Ｏｂｕｋｈｏｖ稳定度参数ζ＝Ｚ／Ｌ相似方程的分析解，采用实梯度资料，代替数值迭代逼近法计算了感热和潜热通量，比较了目前空气动力学方法中广泛应用的Ｂｕｓｉｎｇｅｒ（１９７１）＾［１］，Ｄｙｅｒ（１９７０＾［２］和Ｐｒｕｉｔｔ（１９７３）＾［３］通量廓线关系通用函数在近地面层间接计算感热和潜热通量时的差别。另外，还分别与波文比方法的计算结果进行了比较。文中还     

林网下垫面稳定大气近地面层温、湿和风速廓线相似性及通量特征

本文根据在林网下垫面测量的温、湿和风速梯度资料,分析了温、湿和风速廓线的相似性及通量特征。结果表明:在林网下垫面弱稳定大气近地面层中(0.10.25时,随Ri增大而增大。廓线参数β_u,β_?和β_w不是常数,而是稳定度参数Ri和L的函数。在Ri=0.25和L=20米附近廓线参数出现间断,两边遵循不同的变化规律。当Ri>0.25时,湍流交换减弱,感热和潜热通量的变化趋于稳定。     

气象因子对近地面层臭氧浓度的影响

利用近几年来近地面层臭氧浓度和常规气象要素的观测资料。分析了温度、降水、蒸发、风向风速等气象要素对近地面层臭氧浓度的影响．结果表明，近地面层臭氧浓度随着气温的升高而升高，臭氧浓度的日变化和季节变化有同样趋势；而降水、湿度的影响刚好与气温相反；大风或有雾的天气条件也会成为近地面层臭氧浓度增高的因素。这可能与大风对引起近地面臭氧产生的前体物的搬运作用以及雾内湍流将高层臭氧向下的输送作用有关。     

青藏高原近地面层气象要素变化特征

利用第2次青藏高原气象科学实验(TIPEX)1998年5-7月改则、当雄和昌都3个大气边界层加强观测站获取的近地面层观测资料,分析了青藏高原西部、中部和东部地区近地面层风速、温度和湿度的日变化特征及其廓线规律,给出了青藏高原地区地表空气动力学参数和地表温度变化规律,讨论了高原近地面层湍流通量特征及逆湿现象。     

近地面层中通量廓线关系的适用性研究

本文采用了三种不同地表条件下的实测风速廓线资料,分别进行了近地面层中通量廓线关系的适用性检验,从中选择了适合本试验条件的通量廓线关系。结果表明:(1)在稳定大气层结条件下,风速廓线曲率β<0.9时,Yamamoto′s模式最适合,而当β≥0.9时,Lettau′s模式最适合;(2)在不稳定大气层结条件下,当风速廓线曲率β<1.05时,Dyer′s模式最适合,而当β≥1.05时,Webb′s模式最适合。     

森林冠层湍流结构的特征研究

使用长白山森林冠层上得到的湍流及风、湿、湿梯度资料，对长白山森林冠层的湍流结构作为较为详细的分析。结果表明，冠层内的风速分布遵循指数规律Ｕ（Ｚ）／Ｕ（ｈ）＝ｅｘｐ「ａ１（Ｚ／ｈ－１）」，且ａ１＝２．０５；冠层内的动量交换系数满足指数律；Ｋｍ（Ｚ）／Ｋｍ（ｈ）＝ｅｘｐ「ａ２（Ｚ／ｈ－１）」，且ａ２＝５．２；冠层上Ｚ／ｈ＝１．２３处，σｗ／Ｕ＊，σθ／θ，与稳定度有很好的相关性；冠层上纵向湍流强度ｉｗ     

稳定近地面层Monin-Obukhov长度的解析解

将空气动力学方法迭代求解Monin-Obukhov（M-O）长度的过程,转化为非线性理论中求解映射不动点的问题,获得稳定近地面层M-O长度的解析解。求解过程中采用了Dyer归纳的通量廓线关系的无量纲函数形式,并给出解析解的适用范围是Richardson数（Ri）小于0.2。通过对中国夏、冬两季各2种典型稳定层结条件算例的计算,验证了解析解与迭代解的一致性。根据非线性科学中关于映射不动点稳定性的理论,讨论了迭代算法的收敛性,表明迭代算法在理论上可以收敛到解析解,但在 Ri 接近0.2时误差较大。     

农田防护林带组合方式对近地面风速作用特征的影响

为了揭示农田防护林带组合方式对近地面风速的影响,通过实地空间多点观测,研究防护区风速分布特征。研究结果表明,对于垂直相交林带而言,根据林带对风速影响程度的差异可分为主林带和副林带,在主林带附近弱风区位于0～150m范围内,风速值主要在6.38～7.56m/s之间变化,而距主林带200～280m处风速值在8.06～9.23m/s之间。在副林带附近风速值相对比主林带附近高,风速降低较之主林带附近区域弱,说明该林带对这种风流特征的影响程度弱于主林带。在林网内,形成了一个全面的防护区,风速值小于旷野风速值,只在林缘附近1H范围内风速值接近旷野值11.0m/s,在林网中心区有一个风速低峰区,林网内风速最低值出现在林缘附近4～8H区域内,可见网状配置林带防护效果最佳。     

不同下垫面表面层的湍流度统计特征

经出了中性条件下六种不同地形的表面层湍流度的实测统计值。分析表明湍流度和地形特征和地形特征有紧密关系，表现出一定的规律性。说明有可能建立地形特征参数和统计平均湍流参数之间的经验或半经验关系。其中热力性能均匀的平均平坦地形的实测参数可作为类似地区的湍流度的估计值，也可作为对实测资料可靠性的参考判据。海湾地区湍流特征和风向有关，向岸的湍流度和稳定度（陆地气象资料分类）关系不很显著，应和离岸流分开分析。     

干旱半干旱区不同下垫面边界层特征分析

选取干旱半干旱区具有不同下垫面特征的黄土高原和河西走廊代表站点2006-2013年的探空资料,对其边界层高度、边界层内的位温、比湿、风速等特征量在不同时间、不同高度的变化特点进行了比较分析,结果表明07:15两地区边界层高度多在300～600 m,且黄土高原地区要高于河西走廊地区;19:15两地区边界层高度多在200～500 m左右,且河西走廊地区要高于黄土高原地区.两地区边界层高度的变化均呈现出一定的周期性,在每年4、5月份左右达到峰值.黄土高原地区位温及其随高度递增率整体大于河西走廊地区;黄土高原地区比湿整体大于河西走廊地区;河西走廊地区风速廓线随高度变化差异大于黄土高原地区.各特征参数随着高度的增加,差异逐渐减小,说明下垫面对边界层特征的影响在近地层表现得尤为明显.     

戈壁地表野外风速脉动特征

【目的】探究戈壁地表野外风场不同高度风速脉动特征,为进一步湍流情况下风蚀研究奠定基础。【方法】2015年春季在新疆卡拉贝利工程区实测了戈壁地表不同高度瞬时风速,利用统计学方法(标准差、曲线估计等)从风速脉动和脉动强度、湍流度,以及三者与风速之间的关系等角度分析戈壁地表风速脉动特征。【结果】不同高度的瞬时风速和风速脉动在时间序列上变化非常复杂,但变化趋势一致。大风时段(0～50 min),风速脉动幅度非常大,最大接近6 m/s,但90%以上集中在Symbol|A@0～3Symbol|A@ m/s。风速脉动幅度随风速增强而增大,随距地表高度增加而增大。风速脉动概率分布符合高斯分布。不同高度的风速脉动强度与风速均呈一元线性关系,风速越大,风速脉动强度越大。风速脉动强度最大值2.41 m/s。在距地表0～2 m高度内,湍流度在0.14～0.21之间变化,平均约为0.17,湍流强度较高,此高度内湍流度与高度、平均风速无明显关系。【结论】戈壁地表风速脉动具有非平稳性,随风速增强而增大,尤其是大风天气下研究风蚀不能忽略风速的脉动性。     

合肥地区气溶胶光学厚度的时间变化特征

利用太阳辐射计CE318对合肥地区大气气溶胶进行长期系统的观测,对2002年至2007年间的观测数据进行反演分析,得出了气溶胶光学厚度随时间变化的统计特征.结果表明合肥地区气溶胶光学厚度日变化有5种类型;气溶胶光学厚度随月份有波浪式变化,月平均值在4月份和8月份分别达到最大值0.727和最小值0.192;四季中春秋季节的气溶胶光学厚度大于夏冬季节,春季最大0.636,夏季最小0.262;2004年至2007年冬季气溶胶光学厚度有逐年增大的趋势.     

复杂地形上的低层风场特征

为了获得复杂地形上的城市地区低层风场特征,结合各个分散站点的实测风场资料,利用质量守恒风场调整模式M CF进行了三维风场模拟分析。以北京为例,对该地区低层大气的平均流动状况和局地扰动状况进行了模拟,获得了该地区流场总体平均状态和局地扰动状态的时空变化。结果表明:该地区风场季节变化主要受大尺度背景风场决定;流场的垂直分布主要由地形和背景风场共同决定。冬季流场主要受地形动力作用,而夏季则受热力作用,具有很强的局地环流;晴稳天气条件下,低层流场受地形扰动影响较强,其影响表现为水平涡旋形态,城市对涡旋产生也具有显著的影响。     

Preliminary study on land surface characteristics over Huaihe River Basin

The analysis of the flux observation dada from the Huaihe River Basin Experiment (HUBEX) shows that, in semi-humid monsoon regions, latent heat flux is as important as sensible heat flux in most situations. Moreover, it can even dominate the sensible heat flux in cropland and paddy field. This is distinct from that for arid and semi-arid regions where the sensible heat flux is dominant. Under clear sky conditions, the soil temperatures in different vertical layers all exhibit certain diurnal variations, and the magnitude decreases with depth to less than 1°C at a depth of 60 cm. This depth is considered as the transition layer for the soil moisture variation. On the other hand, the vertical profile of soil water content varies with the soil texture and even weather conditions, and the layer with maximum soil water content can also be found in Jiangji station during June 1998.     

干旱区农田下垫面kB~(-1)变化特征及参数化

利用古浪非均匀近地层观测试验中农田下垫面的湍流观测数据,计算了其附加阻尼k B-1,并对其变化特征进行了分析,之后通过对k B-1影响因子的分析,发展了一种适用于干旱区农田下垫面的k B-1参数化方案W14,最后对W14在平坦戈壁下垫面上的适用性进行了检验.结果表明:农田下垫面k B-1日均值随着叶面积指数的增大有线性减小的趋势,k B-1的日变化随着叶面积指数的增大而变得更加明显.k B-1受地表特征叶面积指数、动力学因子Re*和热力学因子θs-θa的综合影响.基于这些影响因子所发展的W14在干旱区农田下垫面上计算的感热通量精度高,优于已有参数化方案的计算精度.并且W14在平坦戈壁下垫面也有一定的适用性.     

北半球不同强度、生命期阻塞高压的变化特征及其对温度的影响

分析了1968-2010年北半球阻塞高压频发区不同强度、生命期阻高的变化特征,从阻高强度和阻高生命期两方面分析阻高多发年、少发年与北半球地表温度的关系,结果显示:北半球的3个阻高频发区中,大西洋地区阻高出现总次数最多,太平洋地区次之,欧亚区最少;从阻高强度来看,3个阻高频发区强阻高次数均有减少趋势,以大西洋区最为显著,弱强度阻高变化趋势不明显;对于阻高生命期,长生命期阻高发生次数在21世纪以前变化不大,但近10年增加明显,短生命期阻高发生次数只有大西洋区在减少.大西洋区强阻高中长生命期阻高占25%,而太平洋区仅为14%,阻高强度越强时,出现长生命期阻高的概率也就越大.不同强度、生命期阻高对温度的影响差异显著.3个阻高频发区的长生命期阻高多发年与少发年温度差值的负异常区主要分布在中低纬度地区,而正异常区主要在高纬度地区;大西洋区、太平洋区长生命期阻高在多发年引起中低纬度地区的降温及高纬度地区的增温比强阻高产生的影响显著.     

城市典型下垫面降雨产汇流特性模拟实验研究

采用人工降雨-下垫面系统,对雨强、坡度和降雨动能等因素,在水泥、道路砖、透水砖和草地4种城市典型下垫面上进行了降雨产汇流的实验研究.研究表明,4种下垫面的出口断面的流量过程线由汇流、稳定和退水三个阶段组成.其中雨强是影响流量过程线的主要因素,雨强越大,同一下垫面的越早产流,汇流越短,退水需要更长的时间,流量峰值越早出现并且峰值显著增大;下垫面的坡度主要影响汇流过程和退水过程的长短,坡度越大,汇流和退水过程越短且过程线越陡峭,流量峰值出现的越早,但对流量峰值影响不明显;降雨动能对下垫面的击溅作用强烈,会影响到下垫面污染物的冲刷特性,但对降雨的流量过程线、峰值和径流总量的影响有限.     

Hierarchical similarity in the atmospheric boundary layer turbulence

The S-L (She and Leveque) scaling law, also named the hierarchical similarity theory, has been extensively tested for the turbulence made in the laboratory, but seldom been tested for the turbulence in the atmospheric boundary layer (ABL). In this paper, the S-L scaling law is applied to the turbulence in the ABL observed under unstably stratified conditions and over different types of underlying surfaces. The results of analyses show that over this type of homogeneous and flat underlying surface, such as the underlying surface in HUBEX (Huaihe River Basin Energy and Water Cycle Experiment), vertical speed and temperature fields well satisfy the S-L scaling law. For the turbulence over the homogeneous but rather rough underlying surface of forest and under unstably stratified conditions in PFRD (Park Falls Ranger District of the Chequamegon National Forest, Wisconsin, USA), the analyses show that the vertical speed and temperature fields sometimes conform sometimes do not conform to the S-L scaling law. However, at a time, either both of the vertical speed and temperature fields conform to the S-L scaling law, or both of them do not. Horizontal speed fields in both of the field experiments do not satisfy the S-L scaling law. The new explanation of the above-mentioned phenomena is given.