基于FSAM模型的城市碳通量观测贡献区研究

全球变化背景下,城市二氧化碳排放是全球大气二氧化碳的重要来源．以上海市奉贤区为研究对象,基于涡度相关观测系统所获得的通量观测数据,应用FSAM（theFlux—SourceAreaModel）模型,分析了不同大气条件、不同风向下通量贡献区的分布及时间动态．结果表明：大气稳定度会影响通量贡献区的范围,表现为不稳定大气条件下通量贡献区长度为66～491m,稳定条件下通量贡献区长度为94—1047m．风向对通量贡献区的影响表现为在主风风向90°-180°,稳定大气条件下（通量贡献P为0．9时）通量贡献区的范围为94～1047m,垂直于迎风方向的宽度为335in;其他风向的通量贡献区分布与主风风向各不相同,分别为103～1146,122—1337,110～1256m．通量贡献区具有明显的昼夜变化特征,表现为夜间通量区范围大于白天．     

1994年前汛期广东区域水汽输送分析

分析了１９９４年前汛期广东区域大气水汽与水汽输送,指出了这段时期水汽含量和水汽输送特征,水汽通量散度时空分布及变化,水汽突变（主要由高空湿层增厚引起）与夏季风建立和“９４６”暴雨的发生的关系．观测研究表明,在暴雨期,在时间尺度上水汽散合是短周期的,在垂直方向上有多个水汽无辐散层．     

半干旱区近地层动量热通量计算

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站2006年12月-2007年2月铁塔观测所得的7层风、温、湿资料,采用梯度法计算了摩擦速度、摩擦温度、湍流动量通量和感热通量,并将2007年2月的通量计算值与开路涡度协方差系统观测值进行比较.结果表明:动量通昔和感热通量与稳定度有密切关系.均随稳定度的增加而减小.动量通量和感热通量均有明显的日变化,中午时段最大,夜晚最小.动量通昔无论在何种稳定度条件下均是由上向下输送;感热通量白天均是由下向上输送,夜间均是由上向下输送.在冬季,动量通量和感热通量的月平均值都是在12月最小,在2月最大,且动量通量的月平均值远小于感热通量的.2月的动量通昔散布图斜率为1.096,相关系数R为0.761;感热通量散布图斜率为1.015,相关系数R为0.957.     

2006年7月21日信阳暴雨过程分析

2006年7月21日,信阳地区出现了一场区域性暴雨。此次过程是由中低层低涡切变线和地面弱冷空气共同影响造成的。本文通过其低空平均水汽通量和高低空涡度场分析得出三点认识:(1)暴雨区处在水汽输送带中心,高层处负涡度区,低层处正涡度区,正涡度中心位于信阳上空,大气处于位势不稳定状态中。(2)由于槽前西南急流的输送,暴雨临近出现了超常的增湿增能现象。(3)在有利的环流形势制约作用下,使系统完成了能量转换机制,支持了强降水过程。     

低温连阴雨(雪)背景下浙中一次雨凇天气过程诊断分析

2008年初中国南方地区出现了低温连阴雨(雪)天气,浙中地区也出现了罕见的大范围雨凇天气.此次历史罕见的冻雨灾害性天气在大气环流异常背景下发生:北半球经向环流特征明显:贝湖地区有阻高形势长时间维持;欧亚大陆中高维地区500 hPa 高度场西高东低,中低纬地区则表现出西低东高的特征,锋面在30°N附近较长时间维持.贝湖西南和蒙古国西部地区是这次天气过程的主要冷空气源地.来自南海和孟加拉湾的水汽通过500～850 hPa之间的水汽通道向华东地区输送,850 hPa左右的水汽辐合及大气运动上升区的配合使浙中地区出现降雨(雪)天气.700～850 hPa逆温层的存在和接近O°C的地表温度为雨凇结成提供了温度条件.边界层内局地气象条件表现出的低温、高湿和小风速特征有利于雨凇的维持.     

夏季风影响过渡区的动力学粗糙度的特征分析

利用北方协同观测试验中夏季风影响过渡区榆中站、定西站和兴隆山站观测资料,分别代表草地、农田、混合型下垫面,采用通量廓线方法计算了各下垫面的粗糙度,分析了下垫面动力学粗糙度随风向、风速、摩擦速度和热力稳定度的变化特征及其与风速、热力稳定度的参数化关系.结果表明,动力学粗糙度随风向有明显的变化,因风向区间通量的不同而不同;动力学粗糙度与风速整体呈负相关,且在不同站点存在显著差异,在草地和混合型下垫面的相关性较好,而在农田下垫面相关性较差.动力学粗糙度与摩擦速度的关系相对较为复杂,在小摩擦速度区间随摩擦速度递增而递增,在大摩擦速度区间随摩擦速度的递增而递减.大气稳定时,粗糙度随热力稳定度呈显著负相关,大气活跃时,粗糙度随热力稳定度呈正相关.     

2012年银川“7·29”大暴雨天气过程诊断研究

利用NCEP再分析资料,常规气象观测资料以及天气雷达、卫星等资料,研究了2012年7月29-30日发生在宁夏回族自治区银川市及其周边地区的一次大暴雨天气过程.通过分析此次暴雨过程前后的动力、热力及其变化特征,得出如下主要结论:宁夏"7·29"大暴雨天气过程的主要影响系统为西太平洋副高、500 hPa短波槽和暖式切变线;大暴雨发生在高层冷平流与低层暖平流交汇区,与高空的水汽辐散中心和低空的辐合中心基本重合;大气的比湿、水汽通量等在暴雨前迅速增大,假相当位温θse垂直廓线在500～400 hPa之间表现出有θse 336 K的小值区;水汽通量散度在临近降水时才开始快速变小,水汽输送和辐合作用完成的时间很短,引发快速而强烈的天气现象.     

粗糙度和稳定度对绿洲生态系统能量平衡的影响

研究了粗糙度和稳定度等对绿洲生态系统能量平衡的影响。地表粗糙度和大气稳定度是控制地气间能量交换的重要因子，研究表明，绿洲中植被的温度不仅受反照率、空气温度影响而且受大气稳定性和地表粗糙度的影响，在其他条件相同的情况下，大气稳定度越高（低），植被的温度越高（低），地表粗糙度越小（大）植被的温度也越高（低）。研究还发现，绿洲中总的蒸散量的多平衡态特征只有在稳定度低的时候出现。在相同的气候条件下，低矮的植被在干旱半干旱地区更容易发展起来。另外研究了层结不稳定和层结稳定的情况下绿洲生态系统能量交换的差异。     

ENSO和NAT对河南汛期降水的协同影响

利用1981—2020年河南夏季114站降水资料和欧洲中心第五代再分析资料,通过合成分析、t检验等气候诊断方法,对河南汛期降水异常大气环流特征及其早期驱动因子进行分析.合成分析结果表明：河南汛期降水偏多年,强盛的南亚高压与低层气旋性异常环流配合,利于高空风场辐散及大气的上升运动;河南上游的气旋性异常环流不断输送冷空气,并与西伸偏强的西太平洋副热带高压配合,使得南海、孟加拉湾和西太平洋有水汽输送至河南,而汛期降水偏少年仅有西太平洋的水汽输送至河南;汛期降水偏多年对应太平洋海温从厄尔尼诺转为拉尼娜和冬季到夏季持续的北大西洋三极子负位相.经波作用通量诊断结果表明：大西洋和太平洋的海温异常上空向西太平洋输送波通量,使得西太平洋副热带高压加强西伸北抬,进而形成有利于河南汛期降水的水汽输送异常和大气环流.     

高空槽引发的黔东南降雹天气过程诊断分析

利用自动站逐时降水资料和FNL1.0°×1.0°资料对高空槽影响下的黔东南地区降雹与非降雹型天气进行合成诊断分析,针对黔东南的特殊地形,计算了垂直螺旋度的局地变化及其分解项,并得出新的诊断量,结合其他动热力因子的分析表明:降雹型天气大气呈上干下湿,非降雹型整层水汽条件差异较小,850hpa水汽辐合强度小于降雹型天气.降雹型螺旋度整层为正值,非降雹型螺旋度在较低层出现较小正值,中上层小于零.降雹型700hpa垂直螺旋度通量散度在降雹前出现闭合的大值区.湿螺旋度在两种类型天气中均为下层负值,高层正值,降雹型湿螺旋度上层与下层之间梯度较非降雹型大.     

城市化对昆明一次强降水过程影响的数值模拟研究

为了探究昆明地区城市化对降水的影响,利用中尺度气象模式WRF(the weather research and forecasting model)耦合单层城市冠层模块,对2012年5月24日夜间发生在昆明城区西部的一次强降水过程进行数值模拟研究。通过与卫星观测得到的降水空间分布进行对比,发现WRF模式能较好地再现此次降水过程。城市的存在会较显著地改变城市地区的潜热和低层垂直运动,使得位于城区的降水中心降水强度略有减小,而城区下风向的降水有所增加,降水增加的区域与750 hPa高度上的水汽通量辐合加强的区域相对应。城区降水中心降水量减少可能是由于城市下垫面抑制了低层大气的水汽供给。城区下风向降水增加的可能原因是该区域相对较强的垂直运动使得更多的水汽被输送到高层大气中,有利于降水的增强。在目前的城市化水平上,若昆明地区的城市进一步扩张,城区下风向地区的垂直对流运动和大气不稳定度均会增强,但城市下垫面对低层水汽供给的抑制作用也会增强,这两种作用的同时存在会使得城市下风向地区降水的变化存在不确定性。     

陆面过程模式BATS中地气通量计算方案的一个改进试验

在原有的陆面过程模式BATS中,对地表通量的计算基于简单的经验公式,这个计算是十分粗略的．而地气通量对各个气象要素的模拟都很重要,如动量通量会影响大气中的风速分布,热量通量会影响垂直方向上的温度分布而改变大气的层结稳定度,水汽通量则会改变空气中的水分含量和潜热,因而改进地气通量的计算精度是有必要的．为了提高地-气间通量计算的精度,在模式中增加稳定度的分类,将近地层稳定度分为5类,用中尺度气候模式RIEMS,分别对短期和中期模拟作了对比实验．经过比较和分析模拟结果,可以看出在增加稳定度的分类以后,模拟的各个气象要素场都较原来的有了改善．     

绿洲区域气候效应的数值模拟

在改进的土壤植被大气模式（MSPAS）的基础上,引入一个有效的大气辐射传输方案,建立了一个能在物理上真实地描述陆气相互作用及其反馈机制的二维模式（MLAIM）。利用HEIFE实验的观测资料,对改进了土壤水分传输、近地面层湍流输送以及植被物理过程参数化方案后的MLAIM进行了检验。结果表明,MLAIM能够合理地模拟陆气相互作用中的各种物理过程,能够有效地模拟绿洲与沙漠的地表能量收支情况。因此利用MLAIM对绿洲的气候效应进行了研究,分析了绿洲“冷岛效应”与“湿岛效应”的形成机理,并且着重研究了绿洲对其周围沙漠的影响。结果表明,绿洲对沙漠的水汽输送是影响沙漠地表能量收支以及绿洲周边区域气候的最重要的因子。     

1997～1999年亚洲季风区夏季水汽输送的差异分析

 利用ECMWF的水汽和风场资料,对东亚、东南亚和印度季风区1997～1999年各年夏季(6～8月)300～1000hPa气层间的水汽输送及其差异进行了计算分析.结果表明:①水汽输送的经向通量,在印度尼西亚-中国南部-日本南部为向北(正)的通量,从1997年到1999年夏季经向通量是由弱变强再变弱,而在澳大利亚北部-印度尼西亚则是由强变弱再变强;②水汽输送的纬向通量,1997年夏季正输送的东西范围比1998年和1999年夏季要广,但南北范围较窄;③中国东南部、南海到日本东部海域的负水汽平流在1998年夏季最大;④风场散度引起的水汽通量散度,在阿拉伯海和孟加拉湾1998年夏季最小,在东亚和西太平洋地区这3年变化很大.     

西北某地区大气稳定度特征研究

在P—T大气稳定度分类法的基础上,提出了以净辐射和地面风速进行大气稳定度分类的方法,并对西北某地区大气稳定度特征进行研究。结果表明,该地区风速呈对数正态分布,各月全年和四季中性类稳定度出现的频率最高,极稳定和极不稳定出现的频率均比较小。     

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     

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。     

绿洲-荒漠过渡带陆面温度与地表能量关系分析

 以实测气象资料为基础,通过波文比能量平衡法对芨芨草地地表能量进行计算,深入探讨了不同天气条件下陆面温度变化规律及其与地表能量的关系特征,建立了适合新疆准噶尔盆地东南部绿洲 荒漠过渡带的陆面温度预测模型。结果表明：① 受不同天气地表能量特征差异的影响,晴天表层土壤（5 cm、10 cm、15 cm）温度变化呈“S”型曲线,雨天与晴天相似,只是振幅减小,而阴天呈直线下降特征。其中,晴天表层土温峰值出现时间由地表向下呈现每5 cm 2.5 h的滞后性。不论何种天气,40 cm及其以下深层土温几乎没有日变化。② 各地表能量分量与表层土壤温度均表现出相关系数值随土壤深度的增加而不断减小,至20 cm负相关性达到最大。③ 各能量分量对土壤温度的影响程度表现为：土壤热通量（G）最大,其次为净辐射（Rn）和感热（H）,潜热（LE）最小。④ 除H外,不同天气条件下各能量分量与土壤温度相关性均表现为晴天>平均>阴天>雨天,土温对能量变化的反应强度（回归系数）也大体表现出相同的规律。⑤ 经过检验的陆面温度预测模型表明：湿热性能量因子（LE）对干旱区绿洲 荒漠过渡带陆面温度的影响微弱。     

青藏高原安多地区干、湿季的转换及其边界层特征

利用"全球能量水循环之亚洲季风青藏高原实验(GAME/Tibet)"1998年加强期(IOP)安多的观测资料,尤其是GPS探空仪观测的资料,综合分析了安多的干、湿季的转换及边界层特征. 分析结果表明,安多湿季的形成与大气环流密切相关,西风带北移和东南气流对水汽的输送是湿季形成的必要条件. 干季里,安多空气干燥、温度高、大气边界层高度发展,最高可达3550 m左右,地-气能量交换以感热通量为主,并有逆湿现象;湿季里,空气潮湿、温度较低、大气边界层高度很少能发展到2300 m左右,地-气能量交换中潜热通量明显增加.     

森林冠层上空标量的湍流-方差关系不相似原因的探析

通过对大气边界层外场观测资料进行分析，计算了温度、水汽和二氧化碳浓度的湍流方差函数.结果表明：水汽和二氧化碳浓度的湍流方差相似函数比温度要分散，并且独立于稳定度，说明在森林冠层上空的大气湍流运动中，热、水汽和二氧化碳的输送是互不相似的.文中对这种不相似现象的可能原因进行了初步的研究和探索，以期为将来更进一步的深入研究奠定基础.