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《中国科学:地球科学》2015,(6)
通过对青藏高原东南缘大理2008年3~8月大样本边界层铁塔观测系统超声和梯度资料、风廓线雷达和GPS探空资料的综合分析,研究发现高原东南缘湍能分量(湍流动能、切变项和浮力项)强弱依赖于下垫面植被的变化状况,且与局地稳定度特征及其动力、热力条件存在显著关系.近地层处于中性层结时,机械湍流较强,湍流动能主要贡献来源于切变项;当不稳定层结时大气湍流运动则以热力湍流为主,即浮力项较强,切变项较弱;在稳定层结时湍流发展呈间歇性特征,其中浮力项与切变项亦较弱,且湍流动能显著小于中性和不稳定状态.研究亦发现春季位于青藏高原大地形南坡的林芝站浮力项贡献显著大于高原大地形东南缘大理站,这反映了青藏高原南坡强对流活动过程中热力湍流的重要贡献,但位于高原东南缘山谷起伏、复杂地形区域的大理站近地层的机械湍流却显著大于高原南坡林芝站;从湍流-对流运动不同尺度相互作用视角,研究发现高原东南缘午时对流边界层CBL(Convective Boundary Layer)顶高可达1500~2500 m,边界层湍流动能、切变项、浮力项与对流边界层顶高、局地垂直运动均呈显著相关,且白天地面感热通量或浮力项的热力湍流作用对CBL发展高度亦有明显影响,而机械湍流的剪切作用影响却相对小;另外,近地层切变项机械湍流输送对垂直运动影响显著,尤其午前其对垂直运动影响高度可达2500~3000 m;春、夏季浮力项、切变项与垂直运动相关的日变化峰值均为大气层结显著不稳定阶段,尤其夏季层结不稳定背景下浮力项午后对垂直运动贡献显著.本文研究结论揭示出高原东南缘对流活动的湍能源驱动特征及其两者的相互作用. 相似文献
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北京城市大气边界层低层垂直动力和热力特征及其与污染物浓度关系的研究 总被引：9，自引：1，他引：9
利用2001年3月19~29日和2003年8月11~25日中国科学院大气物理研究所325m大气边界层观测塔资料,分析研讨了北京城市大气边界层低层的垂直动力结构特征及其与污染物浓度分布的关系.对比分析了北京城市大气边界层低层不同高度的风、温度和湿度梯度资料、大气湍流和大气化学观测系统资料,综合分析获取了无因次速度、温度湍流方差和湍流通量、湍能分布特征及其与污染物浓度空间分布的关系,同时分析了北京地区沙尘天气过程中城市边界层低层垂直结构特征及其污染物浓度的分布与变化特征.分析结果表明,在不稳定层结条件下,47和120m高度上无因次速度湍流方差和温度湍流方差遵循莫宁-奥布克霍夫相似规律,并给出相应的拟合公式.稳定大气边界层可按层结参数z′/L分成二分区,z′/L<0.1为弱稳定区,此时相似规律可适用,z′/L>0.1为强稳定区,在此区内无因次速度方差随稳定度增大有增大的趋势,而无因次温度方差则保持不变.白天近地层包含了47和120m,而280m已在近地层之上.对2001年3月北京地区一次沙尘天气过程的城市边界层资料分析发现,320m高度上总悬浮颗粒物浓度最高达到913.3μg/m3,在边界层内大气颗粒物从上层向低层输送,这与锋面过境时低空急流从上层向下发展过程并伴随的强下沉运动有关. 相似文献
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研究新一代中尺度气象模式WRF中两种大气边界层方案(MYJ,YSU)对沈阳冬季大气边界层结构模拟的影响,重点分析温度层结、低层风场、边界层高度等对污染物扩散有重要影响的气象要素.和观测数据的比对表明WRF基本能够模拟出温度风速的日变化特征,但模拟风速偏大.YSU方案由于模拟的边界层顶卷挟和边界层内混合作用较强,夜间接地逆温强度低于MYJ方案,逆温维持时间比MYJ方案短4小时,同时模拟边界层高度也高于MYJ方案,有利于污染物垂直扩散.边界层高度的3种计算方法中,湍流动能方法计算的边界层高度最高,Richardson数方法次之,位温方法得到的高度最低.Richardson数方法对临界值的选取较敏感. 相似文献
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华北平原霾污染问题严重,霾污染的演变与大气边界层密切相关,但华北平原边界层理化过程的实验和理论研究尚且不足,仍有许多科学问题亟待解决.为此, 2016～2020年,北京大学联合中国气象科学研究院和中国科学院大气物理研究所,在华北平原开展了霾污染天气大气边界层空间结构综合观测COATS实验(Comprehensive Observation on the Atmospheric boundary layer Three-dimensional Structure during haze pollution). COATS实验空间上构成“点-线-面”的实验布局,全面获取了冬夏季边界层气象和环境要素的时空剖面及细颗粒物湍流输送资料.研究成果包括:给出了华北平原边界层结构及细颗粒物浓度的时空分布基本特征;揭示了持续性重霾天气的典型热力结构和低空急流的清除机理;阐明了太行山对边界层空间结构的调整是华北平原霾污染非均匀分布的重要原因,指出山地诱发的垂直环流可以促进高架污染层的形成,强调了大气内边界效应对污染物水平扩散具有约束作用;对比分析并定量估算了冬夏季边界层对霾污染的贡献;解析了边界层高度与地... 相似文献
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在2004年9月27日至10月12日期间,北京地区大气环境出现了严重污染事件,其间,使用紫外光度法O3分析仪、化学发光NO-NO2-NOx分析仪和气体相关过滤CO分析仪,在中国科学院大气物理研究所北京325 m气象与环境观测塔上进行了污染物浓度梯度观测,分别在8、120、280 m三层观测平台对大气中的O3、NOx、CO体积比浓度进行了垂直梯度的连续观测.通过分析该过程中大气污染物和相关气象因素的垂直分布数据得知,污染物浓度在280 m以内分布很不均一;较低气压控制下,24 h变温为正时,易形成由辐合、堆积造成的污染物浓度增高.通过敏感性分析计算,近地层臭氧光化学生成处于VOC敏感,是垂直梯度分布的主要因素;边界层顶存在高浓度氧化污染气团的振荡效应. 相似文献
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大气边界层是地球大气重要物理特征之一.干旱气候背景下的大气边界层特征与人们以往对典型大气边界层的认识有很大不同,其形成机制也比较特殊.本文利用冬、夏两季典型时段在极端干旱区敦煌开展的大气边界层和陆面过程综合观测试验,对大气边界层厚度与净辐射、地-气温差和感热通量等陆面热力因素的日变化特征进行了对比分析,研究了大气边界层的发展和维持衰退过程与陆面热力和动力过程的关系,发现发展过程消耗的能量要比维持衰退过程高得多,而且进入残余层后对流边界层发展对陆面热力作用更敏感,发展也更迅速.风速的动力作用对大气边界层发展也有一定的影响,尤其对冬季稳定大气边界层影响较大.极强的陆面热力作用是我国干旱区形成深厚大气边界层的主导因素. 相似文献
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《中国科学:地球科学》2020,(9)
文章回顾了近年来发展的全球大气环流的三型分解理论,主要包括全球大气环流三型分解模型及全球大尺度水平型环流、经圈型环流和纬圈型环流的动力学方程组理论.与传统二维环流分解方法的对比表明:全球大气环流三型分解将垂直涡度中由水平涡旋运动与辐合辐散运动引起的垂直涡度分量有效地分解开来,也将垂直速度中的经向垂直环流与纬向垂直环流分量分解开来,为研究辐合辐散过程对垂直涡度场的演变作用及局地垂直环流的准确描述问题提供了新的方法.全球大气环流的三型分解是一种基于实际大气运动特征的三维环流分解方法,其分解后的水平型、经圈型以及纬圈型环流可分别看作是中高纬度Rossby波及低纬度Hadley和Walker环流在全球的推广.因此,新的环流分解模型及其动力学方程组为中高纬度大气环流与低纬度大气环流之间的相互作用问题研究以及全球变暖背景下大尺度环流异常演变的物理机制问题研究提供了新的理论与方法. 相似文献
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利用1998年夏季第2次青藏高原大气科学试验当雄观测站的边界层观测资料以及拉萨、改则和武汉等地探空资料,分析讨论西藏高原斜压对流边界层风、温、湿廓线的特征. 研究结果表明,高原地区白天对流边界层发展可高达2200m,显著超过中纬度平原地区和海面上对流边界层高度. 高原对流边界层中温度廓线具有较好的混合特征,湿度廓线有时在某一高度上出现湿度极大值. 高原对流边界层内热量和水汽收支分析表明,水平平流作用对边界层结构具有重要作用. 在对流边界层中平均风速垂直分布存在风切变现象. 水平温度梯度形成较强的斜压性是形成边界层风切变的主要原因. 相似文献
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北冰洋及其邻近海域极昼期间大气边界层结构特征试验研究 总被引：17，自引：1，他引：16
1年7-月中国"雪龙"号破冰船首航北极科学考察期间,利用TMT(系留式气象塔)大气边界层探测系统,对北冰洋及其邻近海域不同下垫面进行较长时间的连续多次观测. 观测到的大气边界层廓线,其中包括比湿廓线的多层、逆湿结构(逆湿强度最强为0.7g/(10m·kg));风向、风速廓线的切变结构(风向切变为1.1°/m,风速切变为0.11(m·s-1)/m. 特别是持续数日、厚达几百米、其平均逆温强度有时高达1.4℃/10m的逆温结构,这种北冰洋海域特有的大气边界层结构,与地球气候系统中其他圈层的大气边界层结构有明显差别. 据此,提出了对该海域大气-海冰-海洋间动量、感热和潜热等湍流通量垂直交换以及热量平衡等有重要影响的大气逆温的屏障过程. 这为研究北极地区对全球气候影响、模拟北极地区现代气候和未来气候等提供一条新的思路. 此外,文中还给出该海域不同下垫面稳定大气边界层的高度. 相似文献
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利用中国第4~6次北极考察获得的北冰洋中心区(80°~88°N))GPS探空资料和NCEP再分析资料,分析了大气垂直结构、边界层参数的变化特征及其与海冰和温度变化的关系.结果表明,2010、2012和2014年夏季北冰洋中心区的对流层顶、边界层高度、逆温强度及风速和风向的垂直结构均存在明显差异.通过分析1979~2014年9月温度与海冰范围变化的关系,解释了其差异的原因.2012年9月北极海冰范围最小,减少了44%,具有明显的增温过程.2010年和2014海冰分别减少了22.6%和17%,出现的是降温过程.对比2种过程反映出海冰变化对大气边界层结构有重要影响.近30年北冰洋中心区(80°~90°N)1000和850hPa的温度变化呈显著的升温趋势,并与海冰范围呈显著的负相关.表明北极海冰的持续减少,会使地表至对流层中层持续增温. 相似文献
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《中国科学:地球科学》2018,(11)
近年来,伴随污染和城市化进程的加剧,气溶胶辐射效应对城市边界层的影响日益显著.文章以北京地区一次冬季污染过程为例,采用中尺度数值预报模式,在优化辐射方案中气溶胶垂直廓线的基础上验证了模式的有效性,分析了气溶胶对辐射和边界层的影响过程,最后通过敏感性试验探究了气溶胶、城市化和气象要素间的相互关系.结果表明:(1)优化后的模式可以较好地模拟北京地区温度场、湿度场、风场的分布特征.(2)气溶胶在大气中通过削减到达地面的入射短波辐射使地表温度降低,通过对辐射的吸收或后向散射作用,使高层温度升高,温度场的变化使层结稳定性增强,从而减少近地层的能量输送,使边界层高度下降.(3)随着气溶胶光学厚度的增加,乡村地区最易变为稳定层结,郊区较易变为稳定层结,城区最难变为稳定层结,且气溶胶辐射效应、城市下垫面以及二者的共同作用是影响城市边界层气象要素变化的主要原因. 相似文献
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建立尘埃等离子体中重力波的基本方程,推导尘埃等离子体中重力波的色散关系,分析地球极区中间层顶处尘埃等离子体层中的重力波特性,研究了重力波在电子密度垂直分层的尘埃等离子体中的反射. 结果表明尘埃等离子体改变了通常大气中的重力内波的色散关系,限制了小水平波数重力内波的传播,改变了波的能量特性,减小了重力波在不均匀大气中垂直向上传播时振幅的增长;在尘埃等离子体中传播时重力波可被电子密度垂直分层的结构反射而导致波能量的集中, 它产生的湍动所导致的空间电子密度的不均匀性分布是极区上空PMSEs的可能机制. 相似文献
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本文首先对Deardorff的一阶模型给予解释，在此基础上分析对流边界层湍流动能方程，分析机械湍流和对流湍流对边界层发展的贡献，提出一个新的速度尺度，混合层顶速度尺度，定义了全理查森数，给出夹卷层厚度的参数化方案，并用Boers和Elotanta的雷达观测数据进行验证。参数化方案与实验数据符合得很好。当夹卷层厚度表示为夹卷速度或夹卷理查森数的函数时，该函数曲线随边界层发展通常表现为磁滞回线形状现象，利用本文的理论进行了解释。 相似文献
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本文利用2013年6月至2015年10月北京南苑观象台两年多午后臭氧探空资料,初步分析了北京城区大气混合层内臭氧浓度的垂直分布规律以及典型天气条件下大气边界层臭氧的变化特征.主要结果有：（1）季节平均而言,地表至对流层中部（8 km）的臭氧浓度在夏季最高,冬季最低,相差50~130 μg·m-3,最大差异在边界层.总体而言,对流层臭氧浓度随高度有比较缓慢的增加,但是边界层内臭氧浓度的垂直结构随季节有比较大的差异：夏季混合层中部存在一个臭氧浓度极大值,这与夏季比较强的光化学生成臭氧有关;而在冬季地面臭氧浓度很低,平均值小于40 μg·m-3,说明冬季地面是臭氧很强的汇.（2）臭氧浓度季节内变率的季节差异也十分明显,夏季最大、冬季最小.季节内变率在从边界层向自由对流层过渡区域最小（夏季为24 μg·m-3,冬季仅为10 μg·m-3）,在边界层内变率较大,夏季可达64 μg·m-3（冬季为30 μg·m-3）,这也说明边界层化学过程明显影响臭氧浓度的变化.（3）我们从所有白天样本中严格筛选了部分混合层样本,并把臭氧浓度在由混合层向自由大气过渡时的垂直分布分成了三类,即臭氧浓度随高度增大（Ⅰ型）、减小（Ⅱ型）以及基本稳定不变（Ⅲ型）;臭氧垂直结构类型有明显的季节特征,夏季主要是Ⅱ型,而冬季则以Ⅰ型为主.（4）此外,我们还针对一些典型天气过程（强风、静稳雾天和PM2.5污染）边界层内臭氧的变化特征进行了分析,结果表明：强风切变产生的机械对流引起的充分混合,有利于高层臭氧向低层输送,使得混合层内臭氧浓度的垂直梯度明显减小,同时混合层高度较高,达3 km以上;在高湿度静稳天气控制下,大气混合层较稳定,对北京上空污染物的垂直扩散十分不利：颗粒物浓度升高,削弱到达近地层的太阳辐射,从而降低臭氧的生成效率,混合层内臭氧浓度与混合层厚度都处于较低水平. 相似文献
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本文根据气体分子运动论导出了垂直动力传输函数,此函数可以代替Nicolet和Mangc的混合比,较好地描述高层大气中从完全混合状态向扩散分离状态的过渡过程。分析了高层大气中湍流运动的观测结果,给出了湍流系数随高度分布的几个模式,利用这些模式计算了惰性气体氩、氦与氮的数密度比的高度剖面,并与箭载质谱仪探空资料作了比较。根据光化-动力传输理论,计算了上中层及低热层大气主要化学成份的高度分布。结果表明:垂直动力传输明显地影响着大气成份的分布。文中还指出,氧分子的光离解系数与其数密度的高度剖面耦合在一起,因而应当由上向下数值求解有源有汇的连续方程组,这样可避免由于光离解系数的假设所造成的误差。 相似文献