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1.
城市冠层上下大气湍流特征分析 总被引：2，自引：0，他引：2
利用兰州市榆中县城市冠层架设的3台涡动相关仪(EC)观测大气湍流资料,分析了城市冠层上下不同下垫面湍流通量和不同风向范围内湍流动能变化特征,之后对城市冠层上下3台EC观测湍流动能最小、最大分布方向上分别对应的最小最大湍流动能的风速谱进行了研究,进一步检验了局地相似理论在城市冠层上下的适用性。结果表明:(1)城市冠层之上水泥、砖石等构成下垫面和城市冠层之内草坪下垫面观测感热通量、摩擦速度较为接近,观测潜热通量、CO2通量在白天差异明显。(2)城市冠层之上的湍流动能总体上大于冠层之内,冠层之上气流来向的上风向较为开阔时湍流动能较大,而冠层之内气流来向的上风向为街道口时湍流动能较大。(3)城市冠层之上的湍涡尺度大于冠层之内,城市冠层小尺度湍涡风速谱在惯性副区基本符合-2/3次方关系,且准各向同性,大尺度湍涡风速谱在惯性副区不符合-2/3次方关系,且各向异性。(4)不稳定层结下,城市冠层上下无量纲速度方差与稳定度基本满足1/3次方局地相似关系,稳定层结下不满足;城市冠层上下无量纲温度、湿度、CO2浓度方差在所有层结下均不满足-1/3次方局地相似关系。(5)近中性层结下,城市冠层上下u、v、w方向无量纲速度方差分别为3.52,3.03,1.49和2.62,2.22,1.50。 相似文献
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利用苏州地区2011年12月20日—2012年8月13日的湍流观测资料对不同季节、高温、台风强天气过程下的湍流特征进行分析。结果表明:城市地区不同季节动量通量、感热通量、潜热通量日变化明显,各通量的夏季平均值、最大值均高于冬春季,夏季感热通量日最大值为160.2 W·m-2,感热在城市地表能量平衡中的作用大于潜热,各季节潜热通量平均值仅为感热通量的40%~45%。降水量和植被覆盖度影响地表能量平衡,尤其影响地表热量在感热和潜热之间的分配。在高温天气过程中,感热通量增加明显,其峰值约是夏季平均的1.93倍。由于水汽较少,潜热通量明显减少,约为夏季日平均值的60%。速度三分量谱中u谱与w谱在低频区存在两个峰值,说明在城市复杂下垫面里,湍流激发机制中存在低频过程的影响。在台风天气过程中,动量通量大且变化快,感热输送弱,潜热输送波动大。速度谱w基本不符合"-5/3"次律,惯性子区最小且向高频移动,这和台风内部的复杂上升下沉气流有关。 相似文献
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南京南郊大气湍流统计特征的实验研究 总被引：2，自引：1，他引：1
利用2011年8月南京南郊溧水大气边界层加强实验站的大气湍流观测资料,分析了城市郊区自然状态下垫面大气湍流宏观统计规律,以及湍流动量、热量、水汽和CO2的湍流输送特征。结果表明:不稳定层结下,3方向风速归一化标准差σu/u*,σv/u*,σw/u*,随稳定度参数ζ呈1/3幂次关系;稳定层结下也呈现类似规律;近中性条件下,分别趋近于常数。不稳定层结下,温度、比湿、CO2质量浓度归一化标准差σT/|T*|,σq/|q*|,σρCO2/|ρCO2*|,随ζ呈1/3幂次负相关关系,但结果相对离散,并且相对离散的数据对应着较小的|T*|、|q*|、|ρCO2*|值;稳定层结下,三者ζ之间的关系没有明显变化规律。实验期间相对于感热通量,潜热通量在热量平衡中所占比例较大;CO2通量平均值为负,整体表现为碳汇。水汽、热量和CO2均存在水平输送。 相似文献
5.
高寒草甸湍流特征量的季节变化特征 总被引：1，自引：0，他引：1
利用青藏高原东北边缘的若尔盖高寒湿地生态系统研究站玛曲高寒草甸观测场提供的2010年近地面层梯度和涡动观测资料,基于Monin-Obukhov相似理论(MOST)分析了该地区风速分量、温度、水汽和CO2的归一化标准差随稳定度参数z/L在均匀平坦地表的变化关系及其季节变化特征。结果表明,风速分量σu/u*、σv/u*和σw/u*与稳定度参数z/L呈1/3次方关系,并随|z/L|增大而增大,在近中性(|z/L|0.05)时趋于常数,且σu/u*σv/u*σw/u*;水平方向风速的归一化标准差随空气动力学粗糙度z0m的增大而减小,σw/u*无明显季节变化,可近似为常数;温度、水汽和CO2的归一化标准差在不稳定条件下与z/L呈-1/3次方关系,归一化值随|z/L|的减小而增大,在中性条件下σq/q*σc/C*σT/T*。σT/T*、σq/q*和σc/C*的季节变化分别与感热、潜热和CO2通量的季节变化相反,且主要决定于特征尺度T*、q*和C*。其中感热通量的季节变化与潜热通量、CO2通量相反,且年变化幅度最小,相应地,σT/T*的季节变化与σc/C*和σq/q*相反,且年变化幅度最小。 相似文献
6.
城市近地层湍流通量及CO2通量变化特征 总被引：1，自引：0，他引：1
利用北京325m气象塔47m高度上2006年全年连续观测获得的湍流资料,分析了北京城市近地层动量通量、感热通量、潜热通量和CO2通量的典型日变化、月平均日变化和季节变化特征。分析结果显示:动量通量具有明显的单波峰日变化特征,在15时(北京时间)左右达到最大,季节变化中春季最大,冬季次之,夏、秋季最小;感热通量和潜热通量全年变化范围分别为-92～389W.m-2和-75～376W.m-2,其日变化也表现为单波峰特征。感热通量的日变化受城市下垫面和人为热源影响,入夜后虽然降为负值,但只略小于0。阴雨天感热通量和潜热通量均很小,降雨前后有明显区别。感热和潜热最大值分别在春季3月和夏季6月,最小值都在冬季1月;城市下垫面CO2通量总表现为正值,即净排放,最大值为3.88mg.m-2.s-1,不稳定情况下最小值小于-2mg.m-2.s-1。受到人类活动的影响,CO2通量的日变化特征在工作日与周末有明显区别;由于冬季采暖,CO2通量明显大于夏季;在夜间,CO2通量受进城车辆的影响也出现高值。 相似文献
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边界层局地相似理论在草原下垫面的适用性检验 总被引：3，自引：0，他引：3
利用锡林浩特草原平坦下垫面塔层湍流资料,对常值通量层的高度进行了估计,检验了局地相似理论在均匀草原下垫面的适用性,对Monin-Obukhov相似理论和局地相似理论在常值通量层以上的大气边界层的适用性进行了比较。结果表明:(1)对于锡林浩特草原来说,常值通量层厚度在50m左右;(2)通过分析无量纲风速和温度梯度、无量纲风速方差、无量纲标量(温度T、水汽q、CO2浓度C)方差与稳定度z/L之间的关系,验证了局地相似理论在均匀草原下垫面70m以下大气边界层的适用性;(3)感热通量尺度与浮力长度尺度之间存在线性关系;(4)从经典Monin-Obukhov长度、局地Monin-Obukhov尺度和浮力长度尺度的对比分析来看,局地尺度更适用于50m以上的大气边界层,而浮力长度尺度不适用于50m以上的大气边界层。 相似文献
8.
陆—气之间的能量交换是通过近地层湍流热量和水汽通量来实现的.以往的研究表明近地层阻抗对湍流能量通量有着不同程度的影响,但是关于陆面模式中阻抗系数的取值范围却始终没有统一的标准.为了深入了解简单生物圈模式 (SiB2) 中近地层阻抗系数取值变化对湍流能量通量的影响,我们以那曲站为例,分别采用传统的逐个因子分析法和考虑参数间相互作用的部分因子分析法定量地研究了夏季该观测站近地层湍流能量通量分别对冠层阻抗系数C1和地表阻抗系数C2的敏感性响应.结果表明,感热通量对地表阻抗系数C2更为敏感,而潜热通量则对冠层阻抗系数C1较为敏感;感热通量随C1增加而增大,随C2增加而减小,而潜热通量则随C1或C2的增加而减小;不管是感热通量还是潜热通量,它们对阻抗系数的敏感度随阻抗系数的增大而减小,而对阻抗系数的相对敏感度则随阻抗系数的增大而增大.最后,结合那曲站夏季下垫面稀疏短草的分布特点分析了造成感热通量和潜热通量敏感变化各异的原因. 相似文献
9.
利用长白山森林生态系统定位研究站观测资料,及2003年8月和9月涡旋相关资料,分析和比较了该地区近地层包括风速、风向、大气稳定度在内的平均场特征,以及湍流强度、无量纲化风脉动方差相似性和地表通量变化特征。结果表明:(1)8月和9月稳定度都基本集中在0附近;(2)风速2 m·s-1的环境中,湍流发展最为旺盛,随着风速的增大湍流强度先迅速减小,当风速增大到3 m·s-1后,湍流强度偏离0值变大了一些,再继续增大到一定风速大小以后,湍流强度基本不随风速变化;(3)无量纲化三维风脉动方差符合Monin-Obukhov相似理论的"1/3"定律,其最佳通用相似函数在稳定和不稳定条件下都可以拟合得到;(4)地表通量均表现出明显的日变化特征,8月以潜热为主,感热较小;9月仍以潜热为主,但是相比8月明显偏小,感热变化不大。 相似文献
10.
华南农田下垫面地气交换和能量收支的观测研究 总被引：12，自引：1，他引：11
利用2004年11月至12月在广东省惠州地区进行的湍流连续观测资料,分析非均匀农田近地面层的基本气象要素特征以及水汽和CO2的浓度与通量输送规律,作为今后深入探讨地表非均匀性效应的基础.通过各辐射分量和感热、潜热与土壤热通量的特征分析,研究能量收支的基本状况,并讨论了造成显著能量"不平衡"的原因.观测的基本结果是:(1)近地面1.8 m高度处以北风为主,风速大多低于2 m/s,正午入射太阳辐射约700 W/m2;CO2浓度的日变化范围为600～900 mg/m3,水汽为5～25 g/m3.(2)各气象要素呈现明显的日变化,当地温度日较差约10℃,相对湿度始终高于50%.CO2和水汽的浓度在夜间较白天高,二者的日平均值为713.7 mg/m3和15.9 g/m3;利用涡旋相关法,测得二者的通量在白天高于夜间,日平均值为25.3 mg·m-2·s-1和-4.7×10-2mg·m-2·s.当地的日平均波文(Bowen)比仅为0.04,这主要是由于当地的高湿度造成的.(3)当地存在显著的能量"不平衡"现象,正午时的差额热通量可高达150 W/m2,这可能与平均垂直运动输送的作用、观测误差以及通量和辐射观测的"源地"不匹配等原因有关.研究结果与荒漠、城市和稻田下垫面的观测事实进行了定量比较. 相似文献
11.
Different flux estimation techniques are compared here in order to evaluate air–sea exchange measurement methods used on moving
platforms. Techniques using power spectra and cospectra to estimate fluxes are presented and applied to measurements of wind
speed and sensible heat, latent heat and CO2 fluxes. Momentum and scalar fluxes are calculated from the dissipation technique utilizing the inertial subrange of the power
spectra and from estimation of the cospectral amplitude, and both flux estimates are compared to covariance derived fluxes.
It is shown how even data having a poor signal-to-noise ratio can be used for flux estimations. 相似文献
12.
大气边界层湍流标量场的概率分布及其特征分析 总被引：2，自引：0，他引：2
利用2004年11月在白洋淀地区和2005年1月在中国科学院大气物理研究所北京325 m气象塔的47 m高度由超声风温仪和水汽二氧化碳分析仪观测的湍流脉动资料,分析了大气边界层不同下垫面湍流标量场(温度、水汽和二氧化碳)的概率分布及其特征。标量场的概率分布通常不同于高斯分布,而且还会产生偏斜,可以用指数分布描述。因此,标量的偏斜度通常不为0,陡峭度也往往比3大。非0偏斜度的出现可能是由湍流时间序列中的相干结构和间歇性部分造成的。其中,相干结构的存在使概率分布偏斜,但是,它们对偏斜度的贡献相对较小,而与概率分布的长尾现象有关的间歇性则会使偏斜度大大增加。温度、水汽和二氧化碳的平均偏斜度和陡峭度反应了标量场与稳定度、下垫面、天气条件、源汇等因素之间的关系。在不同下垫面,温度和感热通量的偏斜度随稳定度变化比较一致;水汽通量的偏斜度在稳定和不稳定条件下都为正,而水汽本身在不稳定条件下可能出现负的偏斜度;二氧化碳和二氧化碳通量的偏斜度受下垫面影响很大,在不同下垫面,偏斜度与稳定度之间的关系并不一致;而3个标量的陡峭度随稳定度的变化不显著,它们与相应的偏斜度之间存在平方关系。 相似文献
13.
The use of high frequency atmospheric turbulence properties (inertial subrange spectra, structure function parameters or dissipation rates) to infer surface fluxes of momentum, sensible heat and latent heat is more practical for most ocean going platforms than direct covariance measurement. The relationships required to deduce the fluxes from such data are examined in detail in this paper and several ambiguities and uncertainties are identified. It is noted that, over water, data on water vapor properties (the dimensionless functions for the mean profile, the structure function parameter and the variance transport term) are extremely sparse and the influence of sea spray is largely unknown. Special attention is given to flux estimation on the basis of the structure function formalism. Existing knowledge about the relevant similarity functions is summarized and discussed in light of the ambiguities identified above. 相似文献
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利用位于青藏高原东侧理塘大气综合观测站2008年观测资料,分析了高寒草甸下垫面上地表通量的时间变化特征,确定了温度、水汽和CO2的归一化标准差在不稳定情况下随稳定度变化的通量方差关系,应用通量方差法对感热、潜热和CO2通量进行了计算,并与涡旋相关系统的观测结果进行了比较。结果表明：地表通量月平均日变化呈较为规则的日循环特征,季节变化特征也很明显,雨季（5-9月）潜热大于感热,干季则以感热为主,CO2通量以6-9月值最大。在不稳定条件下,温度、水汽和CO2的归一化标准差随稳定度的变化均满足-1/3规律,其通量方差相似性常数分别为1.2,1.4和0.9。通量方差法估算出的通量值与涡旋相关观测得到的通量值有较好的一致性,但感热通量的效果优于潜热通量和CO2通量。该方法高估了感热通量尤其是潜热通量,而低估了CO2通量。采用直接观测的感热通量值计算潜热通量和CO2通量可改善计算结果。 相似文献
16.
Application of an infrared carbon dioxide and humidity instrument to studies of turbulent transport 总被引：4，自引：0，他引：4
Eiji Ohtaki 《Boundary-Layer Meteorology》1984,29(1):85-107
A calibration equation and some results of the field performance of an infrared instrument, which is designed to measure simultaneous fluctuations of atmospheric carbon dioxide and water vapor, are described. Field observations show that the instrument is suitable for simultaneous measurement of turbulent fluxes of carbon dioxide and water vapor in conjunction with a sonic anemometer. Measured values of carbon dioxide and water vapor fluxes show diurnal variations characterized by crop activity with respect to assimilation, respiration and evapotranspiration. Carbon dioxide is transferred downward during the daytime and upward at night, while latent heat and sensible heat are transferred in the opposite sense. The non-dimensional gradient of carbon dioxide is expressed in the following form under weak unstable conditions:
c
= (1 – 16
v
)-1/2. Here,
v
is the Monin-Obukhov stability parameter including the humidity effect. This relation was originally proposed for temperature and humidity. Thus, the results indicate that the turbulent mechanisms of carbon dioxide fluctuations are similar to those of other scalar entities. This is strongly supported by the high correlation coefficient found between fluctuations of carbon dioxide and temperature or humidity in the air layer over crop fields. 相似文献
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The relationship between fluxes and variances has been widely studied in the frame of the similarity theory. However, the dynamics of urban morphology should be highlighted in the urban canopy. Therefore, the relationship between fluxes and variances of turbulent quantities (wind velocity, temperature, carbon dioxide, and water vapor concentration) without stability parameters has been investigated with data collected from the Beijing 325-m meteorological tower in the urban canopy. Though the similarity theory is available for the statistics of wind velocity and temperature, urban land use plays an important role in the linear relationship between momentum fluxes and velocity variances, while the linear relationship between sensible heat fluxes and temperature variances is influenced at large by stratification. As for carbon dioxide and water vapor, the linear relationship between their fluxes and variances is a better way compared to the similarity theory to describe their motion, though the plots are a little scattered owing to their fugitive source. 相似文献
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The Bowen-ratio profile method for calculating total carbon dioxide, latent heat, and sensible heat flux density above a corn crop was used by measuring temperature, water vapor, and CO2 concentrations at several heights in the aerodynamic boundary layer of the crop. The ratio (α) of sensible heat flux density to carbon dioxide flux density as well as the Bowen ratio (β) were used in the computations. The two ratios, α and β were determined graphically from the slopes of linear plots of temperature vs CO2 concentration and vs water vapor. Each of the energy flux densities was computed from the two ratios and net radiation minus soil heat flux density. An analysis of probable error was performed on the Bowen-ratio profile method to evaluate the accuracy of the flux density estimates. Less than 10% error was found for latent heat flux density and less than 15% for carbon dioxide flux density under normal midday conditions for the instrumentation used. However, the carbon dioxide flux density error increased to over 40% when the sensible heat flux was small. 相似文献
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一次热对流降水成因的分析和模拟 总被引：3，自引：0，他引：3
夏季受西太平洋副热带高压控制的中国大陆地区常发生热对流降水.文中首先利用TRMM卫星观测资料、地面自动站地表温度观测资料和NCEP资料分析了热对流降水的特征及其产生的背景条件;利用区域平均的水汽方程诊断了地表蒸发、水汽平流和水汽通量辐合项的贡献,分析了降水的水汽来源;进一步利用AREM区域数值预报模式,设计了4个敏感性试验,研究了陆气感热、潜热通量对降水的贡献.结果表明,在副热带高压控制的地区,白天强烈的非均匀地表感热加热可导致低层热空气块突破环境下沉气流而上升,周围空气补充形成辐合运动.低层空气的辐合上升既可引起水汽的汇聚,又可把低层的水汽输送到高层.同时非均匀陆面特征造成的非均匀感热和潜热通量的共同作用增强了大气的位势不稳定度,触发了对流,但感热通量对热对流降水的贡献比潜热通量略大.热对流降水的水汽除部分来自地表蒸发外,另一部分来自低层的水平通量辐合.定量计算表明二者对大气可降水量的贡献基本相当,而平流水汽的贡献很小. 相似文献
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Spectral Structure of Small-Scale Turbulent and Mesoscale Fluxes in the Atmospheric Boundary Layer over a Thermally Inhomogeneous Land Surface 总被引：1，自引：0，他引：1
Spectral analysis was performed on aircraft observations of a convective boundary layer (CBL) that developed over a thermally
inhomogeneous, well-marked mesoscale land surface. The observations, part of the GAME-Siberia experiment, were recorded between
April and June 2000 over the Lena River near Yakutsk City. A special integral parameter termed the ‘reduced depth of the CBL’
was used to scale the height of the mixed layer with variable depth. Analysis of wavelet cospectra and spectra facilitated
the separation of fluxes and other variables into small-scale turbulent fluctuations (with scales less than the reduced depth
of the CBL, approximately 2 km) and mesoscale fluctuations (up to 20 km). This separation approach allows for independent
exploration of the scales. Analyses showed that vertical distributions obeyed different laws for small-scale fluxes and mesoscale
fluxes (of sensible heat, water vapour, momentum and carbon dioxide) and for other variables (wind speed and air temperature
fluctuations, coherence and degree of anisotropy). Vertical profiles of small-scale turbulent fluxes showed a strong decay
that differed from generally accepted similarity models for the CBL. Vertical profiles of mesoscale fluxes and other variables
clearly showed sharp inflections at the same relative (with respect to the reduced depth of the CBL) height of approximately
0.55 in the CBL. Conventional similarity models for sensible heat fluxes describe both small-scale turbulent and mesoscale
flows. The present results suggest that mesoscale motions that reach up to the relative level of 0.55 could be initiated by
thermal surface heterogeneity. Entrainment between the upper part of the CBL and the free atmosphere may cause mesoscale motions
in that region of the CBL. 相似文献