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相似文献
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1.
使用鄱阳湖北部70 m气象塔湍流和梯度观测数据,分析了2011年6月6日夜间一次暴雨过程中近地面边界层特征.结果表明,此次过程是在高空低槽和西南急流的天气背景下,受鄱阳湖复杂地表影响产生的局地性强降水.强降水发生前受东南暖平流影响,近地面边界层中水汽累积,不稳定性增加;强降水过程中,近地层感热、潜热通量迅速增加,同时,近地面层湍流动量通量下传和水平输送增加,鄱阳湖的水汽输送加强降水强度.另外,强降水过程中,近地面湍流动能迅速增大并达到最大值,而平均动能的增大发生在强降水结束后,表明地表作用明显,近地面边界层的湍流场为暴雨提供动力条件.尺度分析表明,强降水前,中尺度动量通量占主要地位,降水过程中湍流动量通量显著加强.  相似文献   

2.
大气边界层湍流温度序列的信息熵分析   总被引:2,自引:0,他引:2  
利用大气边界层内近地面的大气湍流温度时间序列,运用功率谱分析、信息熵分析等方法,分析了大气边界层内近地面的大气湍流特点,并对稳定层和不稳定层的大气湍流进行了对比。结果表明,信息熵和功率谱指数是区别稳定层结和不稳定层结大气边界层湍流特征的指标,对造成两者之间的差别做出了对应的解释。  相似文献   

3.
章鸣  连志鸾  平凡  祝善友 《大气科学》2022,46(1):168-180
夜间增温是河北冬奥赛区冬季频发的天气现象,对其进行准确的模拟与预报对赛区建设及比赛保障至关重要。本文针对河北冬奥赛区2020年2月8日夜间至9日凌晨发生的一次夜间增温过程,通过引入高分辨率地形数据,利用中尺度区域数值模式WRF4.1.5精细化再现了此次夜间增温过程,并探究了此次过程的气象特征及成因。研究结果表明:此次夜间增温过程受东北冷涡影响,中高空冷平流显著,高低层风切变较强,有明显的平流差异,同时,近地面气象要素变化特征明显,包括相对湿度降低、风速增大、海平面气压降低、地表热通量及长波辐射增强等;增温发生时,强冷平流在范围及强度上均明显增加,导致强烈的下沉运动,使得低层大气温度升高,并且高低层强风切变以及平流差异容易产生垂直混合,等熵面波动明显,湍流加强,进一步加强湍流垂直混合运动,运动热通量输送增强,产生夜间温度异常升高现象。  相似文献   

4.
北京一次罕见夜间突发性强增温事件成因分析   总被引:4,自引:0,他引:4  
罗然  郑永光  陈敏 《气象》2020,46(4):478-489
夜间降温是正常的地表气温日变化,但统计表明北京及周边地区冬半年时常出现入夜后气温不降反升的现象,甚至出现了小时升温超过10℃的剧烈增温事件。这种增温具有明显的突发性,且很快转为降温,常对业务预报造成困扰。2010年11月26日夜间冷锋过境该区域造成了最强达12℃·h^-1的夜间急剧增温事件,与气候统计结果相比,该次增温幅度和影响区域范围非常罕见且极端。文章对其进行了详细诊断分析,使用的资料包括自动气象站、常规地面和探空、铁塔、卫星、风廓线雷达等观测资料和美国环境预报中心(NCEP)最终分析资料。分析结果表明:该次过程对流层低层有非常显著的冷平流;垂直速度诊断、卫星和风廓线雷达观测都表明,对流层中低层都存在显著的强下沉运动;铁塔观测和北京探空观测演变都表明增温过程中近地面大气有显著的湍流运动。分析此次罕见过程的机理包括三个方面:高原地区地面位温显著高于平原地区(二者最大可差10 K),是该次罕见增温事件形成的首要条件;强下沉运动使得低密度高位温空气强迫下沉到边界层,是增温必要条件;强湍流混合作用则是地面空气增温的必要机制。估算结果表明,边界层急流伴随的强湍流混合可引起约8℃的罕见地面空气增温。最后,给出了该次事件的机理概念模型。  相似文献   

5.
利用2015年1月15—27日在苏州东山气象观测站系留气艇观测数据以及细颗粒物浓度观测资料,对东山大气边界层结构特征及其对污染物垂直结构分布的影响进行分析研究。结果表明:苏州东山地区冬季空气污染过程的边界层结构演变比较典型,夜间稳定边界层高度约为200 m,白天最大边界层高度可达1 000 m。边界层内污染物垂直结构分布易受边界层高度的影响,较低的大气边界层高度可使细颗粒物在近地层持续累积;反之,边界层高度较高,湍流发展旺盛,颗粒物垂直分布均匀。夜间大气边界层稳定,逆温结构多发,导致近地面出现细颗粒物堆积。风的垂直结构对细颗粒物空间分布也存在显著影响,在风速较小的低空层细颗粒分布较多,而风速较大的中高层的分布较少。   相似文献   

6.
北京地区一次典型大雾天气过程的边界层特征分析   总被引:13,自引:2,他引:11       下载免费PDF全文
利用中国科学院大气物理研究所325 m铁塔15层风、温、湿梯度观测资料和3层超声资料,对2002年12月1~4日发生在北京地区的持续大雾天气过程进行近地面层大气边界层特征分析。结果表明,近地面大气边界层较大的相对湿度(70%)、较小的风速(3.0 m.s-1)和风速垂直切变(0.02 s-1)、稳定的层结结构以及较低的气温是北京持续大雾天气形成的主要原因。冷空气的侵入使得边界层相对湿度迅速减小,风速和风速垂直切变增大,破坏近地面大气边界层的结构,导致大雾的消散。分析还发现,大雾的维持与消散主要受风场等动力因素的影响,热力层结是大雾维持和消散的必要条件。冷空气的侵入自上而下影响平均风场,而对湍流风场的影响则是自下而上的。尺度分析结果表明,大雾期间,近地面边界层内中尺度动量通量和感热通量都大于湍流尺度的,中尺度动量通量与平均风速基本呈反相关;冷空气的侵入使得湍流通量显著加强,是导致大雾天气消失的主要原因。  相似文献   

7.
西北干旱区夏季大气边界层结构及其陆面过程特征   总被引:18,自引:3,他引:15  
张强  王胜 《气象学报》2008,66(4):599-608
在中国西北干旱区影响大气边界层形成和发展的气候环境和大气环流背景都具有一定特殊性.文中用外场观测试验资料,分析了位于西北干旱区的敦煌荒漠夏季大气边界层气象要素结构特征,发现该地区无论白天的对流边界层还是夜间的稳定边界层均比一般地区更深厚.在夏季晴天,夜间稳定边界层厚度超过900 m,最厚可以达到1750 m,其上的残余层一般能达到4000 m左右的高度;白天混合层最高达3700 m,混合层顶的逆温层顶盖的厚度大约450 m,甚至更厚,对流边界层厚度能够超过4000 m,对流边界层进入残余层后发展十分迅速.研究表明,白天深厚的对流边界层是夜间保持清晰而深厚的残余混合层的先决条件,夜间深厚的残余混合层又为白天对流边界层的发展提供了一个非常有利的热力环境条件.该地区经常性出现连续性晴天使得大气残余层的累积效应得以较长时间持续发展,创造了比较有利于大气对流边界层发展的大气热力环境条件.同时,该地区陆面过程和近地层大气运动特征也为这种独特的大气热力边界层结构提供了较好的支持.就该地区发展超厚大气对流边界层的物理机理而言,地表显著增温是强有力的外部热力强迫条件,近地层强感热通量提供了较充足的能量条件,较大的对流运动和湍流运动的速度是必要的运动学条件,大气残余层的累积效应提供了有利的热力环境条件.  相似文献   

8.
该文在大气边界层多尺度湍流理论和湍流穿越理论的基础上,建立了大气边界层感热通量的非局地多尺度湍流计算方法,并选用1998年5~8月份第二次青藏高原大气科学试验(TIPEX)的大气边界层综合观测基地昌都站观测资料,分别用感热通量的非局地多尺度湍流计算方法和经典相似理论计算感热通量。对计算结果的对比分析表明,用感热通量的非局地多尺度湍流计算方法能计算出感热通量的逆梯度输送,也能计算出青藏高原近中性层结条件下明显的感热通量。此外,多尺度湍流理论还有待进一步发展完善,提高感热通量的计算精度。  相似文献   

9.
利用2017、2019年7月塔克拉玛干沙漠腹地GPS探空观测数据和地面观测资料,对比分析了沙漠腹地夏季晴天和沙尘暴天气大气边界层结构变化特征。结果表明:晴天和沙尘暴天气大气边界层结构显著不同,两者的位温、风速和比湿垂直分布规律差异较大。晴天大气边界层各气象要素垂直分布较为均一,形成深厚的对流边界层,高度可达5000m,夜间稳定边界层一般在500m左右。沙尘暴天气边界层内各气象要素垂直分布变化较大,白天对流边界层在1500m左右,而夜间稳定边界层在1000m左右。在陆面过程中,晴天净辐射强烈,地表增温迅速,近地层感热通量能量充足,为对流运动和湍流运动提供了热力条件,是形成深厚的对流边界层主要因素。而沙尘暴天气因云和沙尘颗粒的影响,阻挡了到达地表的辐射轻度,减弱了外部的热力条件,同时大尺度天气系统冷平流提供了充足的动力条件,迫使低空2000m高度范围的温度减小,风速增大,并携带大量的水汽,导致气象要素垂直分布特征改变,并最终形成了沙尘暴天气独特的大气边界层结构特征。  相似文献   

10.
利用陕西省气象监测站观测资料、NCEP/NCAR和ERA5全球再分析资料,对2019年12月10日凌晨西安东部一次夜间温度异常跃增过程进行深入分析。结果表明:①此次夜间增温过程发展迅速、局地性强、预报难度大。②500 hPa内蒙东部冷槽底后部干燥的西北气流和850 hPa干暖气团有利于产生大气下沉绝热增温。西安地区近地面存在逆温,阻碍大气热量的垂直交换。升温前西安东部2 m气温较周边地区显著偏暖,且维持时间长,为该地区夜间升温创造了有利条件。③西安东部低空长时间维持较强的暖平流,地面不断有弱冷空气侵入,加之受骊山阻挡,使得临潼地区近地面暖空气被急剧压缩,同时大气下沉绝热增温效应增强,在这四者的共同作用下造成了临潼地区夜间气温的显著跃增。④选取了近3年18次临潼地区夜间增温过程,对其进行天气系统、探空、垂直结构等深入分析,总结归纳临潼夜间增温发生判据,结合数值模式预报产品,提出订正方案,并进行检验评估。该方案有一定的正订正效果,可为数值模式对此类强转折性天气过程中气温精细化预报提供参考。  相似文献   

11.
CLM在淮河流域数值模拟试验   总被引:8,自引:1,他引:8  
黄伟  郭振海  宇如聪 《气象学报》2004,62(6):764-775
文中利用 1998年HUCEX资料对CommonLandModel(CLM )的模拟能力进行了验证。结果表明 ,CLM不但能够较好地模拟陆 气间各种能量通量 ,而且还能模拟出土壤中温度的时空分布特征。春季 ,CLM对潜热模拟偏高 ,从而引起土壤温度模拟偏低 ;而在夏季 ,潜热模拟偏低 ,在旱地下垫面由于净辐射模拟偏低使土壤温度的模拟仍然偏低 ,水田下垫面的土壤温度模拟趋向合理。夏季的水田无论在对大气的能量输送还是土壤的温度分布上 ,都有其特殊性 ,需在陆面模式中予以特殊的考虑。  相似文献   

12.
The structures of mean flow and turbulence in the atmospheric surface boundary layer have been extensively studied on Earth, and to a far less extent on Mars, where only the Viking missions and the Pathfinder mission have delivered in-situ data. Largely the behaviour of surface-layer turbulence and mean flow on Mars is found to obey the same scaling laws as on Earth. The largest micrometeorological differences between the two atmospheres are associated with the low air density of the Martian atmosphere. Together with the virtual absence of water vapour, it reduces the importance of the atmospheric heat flux in the surface energy budget. This increases the temperature variation of the surface forcing the near-surface temperature gradient and thereby the diabatic heat flux to higher values than are typical on the Earth, resulting in turn in a deeper daytime boundary layer. As wind speed is much like that of the Earth, this larger diabatic heat flux is carried mostly by larger maximal values of T*, the surface scale temperature. The higher kinematic viscosity yields a Kolmogorov scale of the order of ten times larger than on Earth, influencing the transition between rough and smooth flow for the same surface features.The scaling laws have been validated analysing the Martian surface-layer data for the relations between the power spectra of wind and temperature turbulence and the corresponding mean values of wind speed and temperature. Usual spectral formulations were used based on the scaling laws ruling the Earth atmospheric surface layer, whereby the Earth's atmosphere is used as a standard for the Martian atmosphere.  相似文献   

13.
人为热对城市边界层结构影响研究   总被引:17,自引:8,他引:17       下载免费PDF全文
蒋维楣  陈燕 《大气科学》2007,31(1):37-47
为研究不同人为热源引入方案对城市边界层结构模拟性能的影响,以杭州地区为例,在区域边界层模式(RBLM)中引入一种新人为热源处理方案,即对城市中的人为热排放分层考虑,将低层的人为热源加入地表能量平衡方程,将高层人为热源分布与建筑物高度和密度联系起来,加入热量方程中,同时考虑了人为热源强度的日变化。数值试验结果表明,这是一种比较合理的处理方案。人为热源引入方案对城市边界层结构的影响表现在:气温、湍流动能增加,并通过湍流交换输送到较高层大气;大气不稳定度增加,混合层高度最高抬升了400 m;城市地区上升速度增加,热岛环流加强;白天人为热源一般为太阳辐射的10%~20%,对地气交换的影响较小。夜间没有了太阳辐射能量,对地气交换的影响比日间更明显;冬季低层湍流活动加强,湍能约增加40%,大气层结稳定度降低。  相似文献   

14.
This paper extends previous large-eddy simulations of the convective boundary layer over a surface with a spatially varying sensible heat flux. The heat flux variations are sinusoidal and one-dimensional. The wavelength is 1500 or 4500 m (corresponding to 1.3 and 3.8 times the boundary-layer depth, respectively) and the wind speed is 0, 1 or 2 m s-1.In every case the heat flux variation drives a mean circulation. As expected, with zero wind there is ascent over the heat flux maxima. The strength of the circulation increases substantially with an increase in the wavelength of the perturbation. A light wind weakens the circulation drastically and moves it downwind. The circulation has a significant effect on the average concentration field from a simulated, elevated source.The heat flux variation modulates turbulence in the boundary layer. Turbulence is stronger (in several senses) above or downwind of the heat flux maxima than it is above or downwind of the heat flux minima. The effect remains significant even when the mean circulation is very weak. There are effects too on profiles of horizontal-average turbulence statistics. In most cases the effects would be undetectable in the atmosphere.We consider how the surface heat flux variations penetrate into the lower and middle boundary layer and propose that to a first approximation the process resembles passive scalar diffusion.The research reported in this paper was conducted while the first author was on study leave at Colorado State University.  相似文献   

15.
The kinetic energy variations of mean flow and turbulence at three levels in the surface layer were calculated by using eddy covariance data from observations at Jinta oasis in 2005 summer.It is found that when the mean horizontal flow was stronger,the turbulent kinetic energy was increased at all levels,as well as the downward mean wind at the middle level.Since the mean vertical flow on the top and bottom were both negligible at that time,there was a secondary circulation with convergence in the upper half and divergence in the lower half of the column.After consideration of energy conversion,it was found that the interaction between turbulence and the secondary circulation caused the intensification of each other.The interaction reflected positive feedback between turbulence and the vertical shear of the mean flow.Turbulent sensible and latent heat flux anomaly were also analyzed.The results show that in both daytime and at night,when the surface layer turbulence was intensified as a result of strengthened mean flow,the sensible heat flux was decreased while the latent heat flux was increased.Both anomalous fluxes contributed to the cold island effect and the moisture island effect of the oasis.  相似文献   

16.
南极近地层大气的热量逆梯度输送现象   总被引:6,自引:1,他引:5  
根据南极中山站观测结果 ,分析了南极地区近地层热量逆梯度输送的现象。结果表明南极地区在近地层逆温较明显时 ,常会出现热量逆梯度输送的现象 ;同时也探讨了近地层在稳定层结条件下 ,热量逆梯度输送通量的多尺度计算方法。计算结果表明 ,逆梯度输送的感热通量主要是由浮力湍涡的穿越能力决定的 ,而经典的梯度输送公式在该场合下无法使用。  相似文献   

17.
2015-04-28渤海海雾形成过程中的海气相互作用分析   总被引:1,自引:0,他引:1  
利用FY和MTSAT卫星资料、ERA Interim再分析资料、黄渤海浮标站资料、黄渤海自动站逐小时观测资料,对发生在2015年4月28—29日的渤海海雾成因进行分析,着重探讨了海雾形成过程中的海气相互作用。结果发现,近海面处大气低层逆温层抬升,大于90%的大湿度区向上、向西扩展,对海雾形成非常有利;海雾生成前、生成发展过程中存在明显的东到东南风,有利于黄海水汽向渤海输送,海面上空有水汽通量大值区由渤海海峡向渤海中部移动,使得渤海上空水汽输送加强,提供了海雾形成所需的水汽;在海雾形成过程中渤海上空气温高于海温,风切变造成的海气界面湍流热交换为大气输送向海洋,使得冷海面上空暖湿空气降温冷却达到饱和形成海雾,是平流冷却雾。   相似文献   

18.
The turbulence characteristics measured in the surface layer over a real underlying surface are presented. The measurements are carried out at the 3- and 16-m levels using acoustic anemometers; at the lower level, the measurements are doubled. The diurnal cycle is obtained of the temperature flux and friction velocity. To obtain the temperature flux, so-called “acoustic” temperature is used as calculated from the sound speed data with corrections for air humidity and pressure. The normalized characteristics of turbulence are presented as dependent on dimensionless height z/L. The values of temperature flux and friction velocity increase with height: their day-integral values at 16-m level exceed those at 3-m level for about 20 and 35%, respectively.  相似文献   

19.
We have conducted large-eddy simulations (LES) of the atmospheric boundary layer with surface heat flux variations on a spatial scale comparable to the boundary layer depth.We first ran a simulation with a horizontally homogeneous heat flux. In general the results are similar to those of previous large-eddy simulations. The model simulates a field of convective eddies having approximately the correct velocity and spatial scales, and with the crucial property that kinetic energy is transported vigorously upwards through the middle levels. However, the resolved temperature variance is only about half what is observed in the laboratory or the atmosphere. This deficiency — which is shared by many other large-eddy simulations — has dynamic implications, particularly in the pressure/temperature interaction terms of the heat flux budget. Recent simulations by other workers at much higher resolution than ours appear to be more realistic in this respect.The surface heat flux perturbations were one-dimensional and sinusoidal with a wavelength equal to 1.3 times the boundary-layer depth. The mean wind was zero. Results were averaged over several simulations and over time. There is a mean circulation, with ascent over the heat flux maxima (vertical velocity ~0.1w *) and descent over the heat flux minima. Turbulence is consistently stronger over the heat flux maxima. The horizontal velocity variance components (calculated with respect to the horizontal average) become unequal, implying that convective eddies are elongated parallel to the surface heat flux perturbations.A consideration of the budgets for temperature and velocity suggests several simplifying concepts.The research reported in this paper was conducted while the first author was on study leave at Colorado State University.  相似文献   

20.
张治坤  桑建国 《大气科学》2000,24(5):694-702
采用北京大学三维的复杂地形中尺度模式,结合陆面过程模式(SiB),模拟了草原和沙漠并存的下垫面的边界层大气运动.利用SiB模式计算了地表辐射、感热、潜热通量,并且预报地表温度.中尺度模式则模拟了沙漠地区受热抬升,形成的辐合运动,垂直速度的分布,不同高度上水平流场的变化以及中尺度动量和热量通量,把中尺度通量跟湍流通量进行了比较,以确定这种中尺度运动在GCM模式的参数化过程中的重要性.试验表明中尺度通量尤其是热量通量要比湍流通量大很多.  相似文献   

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