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1.
北京北郊冬季大风过程湍流通量演变特征的分析研究 总被引：4，自引：0，他引：4
利用中国科学院大气物理研究所325 m气象观测塔1993年12月～1994年1月大气边界层实验资料, 计算分析了大风过境过程中47 m和120 m高度湍流通量演变特征及其影响因子, 以及与风速、 稳定度等参数的关系。结果表明: 大风过程对近地面层的物质能量输送有着重要影响, 大风之前出现短时间动量上传和热量下传; 大风过程中的湍流通量数值明显高于过境后, 水平方向湍流通量数值和能量增加幅度大于垂直方向; 当风速大于临界值5 m/s时, 湍流通量与风速、 湍流动能的相关迅速增大; 湍流谱特征表现为湍流能量的低频部分增加、 湍流谱曲线变宽; 大风能强烈影响近地面层的能量收支。 相似文献
2.
北京城市通量足迹及源区分布特征分析 总被引：2，自引：1，他引：1
城市下垫面具有不同于其他下垫面的特殊复杂性,通量的源汇分布十分不均,导致直接测量以及定量的描述城市中水汽、二氧化碳等通量变得非常困难。涡动观测系统在城市通量观测中得到广泛应用,但由于涡动协方差观测系统传感器都架设在一定的高度上,其测量结果只反映特定点下垫面或某部分下垫面的物理过程,不能说明观测结果是否具有下垫面属性的代表性,无法反映观测通量的空间变异性。足迹函数(Footprint)的产生就是为了解决这一问题,其又称源权重函数,是描述近地面层表面源或汇的空间分布和仪器观测通量值之间关系的函数。本文采用北京325 m气象塔近1年7层涡动协方差观测数据、超声数据,分析了不同风向、不同稳定度、不同高度下足迹函数所表达的通量贡献区域范围的变化规律。结果表明,在大气稳定条件下时,通量贡献区范围的大小与主风向无显著差异,而不稳定条件下计算结果与主风向无关。在不同高度下所有稳定条件下通量贡献区范围要大于不稳定条件,中性条件则介于两者之间。8 m、16 m高度上的观测结果不能完全代表城市下垫面通量贡献区,47 m以上能够代表城市下垫面通量贡献区,280 m则已经包含了郊区和城区的权重平均。同一大气稳定度条件下,高度越高通量贡献区范围越大,90%通量贡献区范围与观测高度成线性关系,这种线性关系可以预测没有观测高度或者更高处的通量贡献区范围。 相似文献
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北京城市下垫面边界层湍流统计特征 总被引：37，自引：4，他引：33
分析了1998年10月在北京325 m气象塔47 m、120m及280m 3层取得的湍流资料,讨论了湍流宏观统计特征量等随稳定度变化的规律.结果表明,47 m及120 m观测到的感热通量的日变化基本一致,城市边界层中近地层高度可达100m左右,这主要是由于下垫面粗糙度很大所致.同时发现当冷空气来临时,边界层中的感热通量会有明显增大. 相似文献
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城市边界层动量和保守物通量的特征 总被引：2，自引：0，他引：2
利用2005年1-5月北京325 m气象塔47 m高度的湍流脉动资料(风速、温度、水汽和CO2),对城市边界层冠层内的湍流运动统计特征(相似关系、高阶矩、通量和谱等)进行了分析。其中,谱分析的结果表明,城市冠层内稳定度对湍流谱的影响比较小,而水平风速的影响比较大。因此,速度和温度的相似关系在夜间稳定条件下也成立。但是,由于水汽和CO2还受其他因素的影响,相似关系并不适用。更高阶矩的研究表明它们的陡峭度与偏斜度之间存在平方关系。而水汽和CO2之间也存在差异,它们的通量日变化特征明显不同,CO2通量的日变化更能体现人类活动的影响。同时,感热通量、潜热通量和CO2通量存在季节变化,尤其是潜热通量季节差异很大。 相似文献
6.
冬季北京城市近地层的气象特征 总被引：14，自引：1，他引：14
运用2001年1～3月北京大气边界层和大气化学综合试验期间,中国科学院大气物理研究所铁塔上所获得的8～320 m 15层风、温度和湿度梯度资料,对冬季北京城市边界层特征进行了诊断分析.结果表明,在冬季北京城市边界层中,平均而言地表粗糙度为1.34、零平均位移约为20 m;温度基本上随高度呈线性变化;风速随高度的变化并不总遵循对数关系,尤其是在午前和夜间,风速与高度之间对数关系的不显著率可达30%～40%.不能简单套用在Monin-Obuhov相似理论中由Businger-Dve风廓线层结订正获得的近地面层动量、热量和水汽湍流输送计算公式. 相似文献
7.
夏季巴丹吉林沙漠残余层与深厚对流边界层的关系研究 总被引：1，自引：0，他引：1
利用2012年7月"巴丹吉林沙漠陆气相互作用及其对区域气候的影响研究"实验所得到的观测资料和中尺度气象模式WRF,对夏季巴丹吉林沙漠对流边界层高度发展的特征及其影响因素进行了研究。结果表明:(1)2012年7月在巴丹吉林沙漠连续观测到厚度超过3500 m的深厚对流边界层,其最大高度可达4000 m以上;当这种深厚对流边界层出现之前,当地中低层大气(1000~4000 m)存在近中性的残余层,而在没有近中性残留层出现时,即便地表感热通量较大,当天最大对流边界层高度却明显偏低;(2)WRF模式模拟结果表明残余层稳定度和对流边界层高度之间的负相关关系在空间区域成立,残余层位温直减率与当地对流边界层高度在时间和空间分布上都呈现显著的负相关关系;残余层位温直减率与对流边界层高度的空间相关系数最大值可达-0.51;(3)观测和模拟结果均表明残余层稳定度会直接影响由感热通量产生的对流边界层的发展效率,进而影响对流边界层的最大高度。通过研究发现,除感热通量外,近中性的残余层是巴丹吉林地区深厚对流边界层出现的关键条件之一。 相似文献
8.
城市冠层内风场的准确模拟或预报是突发性大气污染应急响应措施制定和实施的重要前提和基础。为了合理反映城市冠层的影响, 并满足应急响应时效性的要求, 将MacDonald(2000)提出的城市冠层内风廓线参数化方法耦合于中尺度气象模式MM5, 并利用2010年7月18日至8月6日北京325 m气象塔垂直观测资料进行验证。试验结果表明:(1)城市冠层参数化方法能够较好的模拟各种稳定度条件下冠层内风速廓线垂直变化, 中性、稳定和不稳定层结时的标准平均偏差分别为78%、12%、4%, 标准平均误差分别为78%、52%、21%。(2)城市冠层参数化方法能够较好的模拟冠层内实际风速变化情况, 虽然随高度增加模拟偏差增大, 但8、15、32、47 m高度的模拟风速与观测值依然十分接近, 标准平均偏差分别为2%、-26%、25%、60%, 标准平均误差分别为54%、46%、52%、73%。(3)与传统的Monin-Obukhov相似性边界层参数化方法相比, 城市冠层参数化方法明显提高了冠层风速的模拟能力。中性、稳定、不稳定层结时, Monin-Obukhov相似性边界层参数化方法的标准平均误差高达420%、176%、184%, 城市冠层参数化方法的标准平均误差减小至78%、52%、21%;冠层内8、15、32、47 m高度, Monin-Obukhov相似性边界层参数化方法的标准平均误差分别为283%、184%、227%、167%, 城市冠层参数化方法的标准平均误差减小至54%、46%、52%、73%。 相似文献
9.
利用中国国家气候中心2009-2010年在内蒙古锡林浩特开展的100 m铁塔大气湍流观测数据,分析了不同稳定度条件下的垂直风廓线变化特征,并在局地相似理论基础上建立了垂直风廓线表达式。结果表明:(1)内蒙古草原近地层大气中,不稳定层结和稳定层结条件发生的概率远高于中性和弱不稳定、弱稳定层结的发生概率。(2)稳定层结时,大气特性在垂直方向上变化较明显,需要按照不同的高度层分别研究其风速的变化规律。根据内蒙古锡林浩特草原大气湍流观测资料得到,稳定层结时的无因次风速梯度随稳定度ξ的变化关系可以表达为1+β_mξ,其中β_m的取值与距地面高度有关:30 m高度及以下,β_m取4.3-5.4;高度在(30 m,50 m],β_m取2.9-3.4;50 m及以上高度,β_m取2.0-2.9。 相似文献
10.
夏季北京城市大气边界层湍流通量的塔层观测 总被引：1，自引：1，他引：0
利用2003年8月13～26日期间中国科学院大气物理研究所大气边界层气象塔47、120和280 m 3层高度上三维风速和温度脉动的观测资料,结合涡动相关方法,分析了夏季北京市城市下垫面的动量和感热等湍流通量。结果表明：3层高度上动量通量和感热通量的日变化彼此非常接近, 且3层高度上最大感热通量达到200～250 W·m-2。观测期间盛行南风,120 m高度的水平风速小于10 m·s-1。同时分析了由慢响应传感器采集的15个高度上的气温和8个高度上的相对湿度。结果表明：受地表加热影响,320 m高度上气温和相对湿度的日变化非常显著。不同高度上动量通量和感热通量的比较表明：城市下垫面的空气动力不均匀性比热力不均匀性显著。用廓线法计算了32和65 m高度之间的湍流通量,结果表明：1）夏季晴好天气情况下,北京城市下垫面能量输送以感热为主;2）由廓线法计算得到的动量通量、感热通量和由涡动相关法直接测量结果相近。此外还初步讨论了大气边界层温度、湿度垂直廓线随时间的演变。 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
12.
M. W. Rotach 《Boundary-Layer Meteorology》1993,66(1-2):75-92
13.
L. Cvitan 《Meteorology and Atmospheric Physics》2006,93(3-4):235-246
Summary The stability parameter μ is suggested as the one which is determinable with satisfying accuracy for routine application by
means of commonly accessible meteorological data at the Molve location (Croatia). The similarity functions applied for vertical
wind speed simulation in the planetary boundary layer (PBL) at Molve were useful for the determination of local stability
classes. Universal similarity functions were applied for unstable and neutral stability, whereas local similarity functions
were established for stable stratification. Wind speed simulations were performed using two types of wind models. The Monin-Obukhov
similarity theory was included in both types. However, it turned out that for the operative determination of the stability
of the 35 m deep lowest layer, the stability parameter μ was locally a better stability parameter than the Monin-Obukhov parameter
z/L. That was possibly because 35 m deep lowest layer sometimes (depending upon stability) includes a large proportion of
the Ekman layer and parameter μ is originally designed for the deeper part of PBL than z/L that is originally designed for
the surface layer. At Molve, the input data for local wind models as well as for the stability parameter μ were wind speed
at 35 m and temperature at 2 and 35 m above the ground. 相似文献
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局地相似性在近地面层大气中的一个应用 总被引：7，自引：1，他引：7
利用Ｕ．Ｈｏｇｓｔｒｏｍ教授提供的瑞典Ｕｐｐｓａｌａ大学气象系于１９８６年夏季在Ｕｐｐｓａｌａ市郊农田中观察到的近地面层大气资料，对近地面层大气的局地相似性进行了论证，并给出了一套相似性函数的经验常数。结果表明，局地相似性比Ｍｏｎｉｎ－Ｏｂｕｋｈｏｖ相似性更适合于描述复杂下垫面近地面层大气。 相似文献
15.
16.
Local similarity theory, an analogy to the Monin-Obukhov similarity theory, is successfully applied to airborne observations in a coastal area of South Australia. The boundary layer over this highly non-uniform surface is characterized by extensive variations in its thermal stratification and turbulence characteristics. However, the behaviour of some statistical parameters of second- and higher moments seems to be determined mainly by local forcing, while horizontal advection plays a less important role. For these parameters, local scaling is effective. It is shown that the dimensionless variances of vertical velocity and potential temperature are functions of z/ only, where is the local Monin-Obukhov length and z is the height above ground. The dimensionless variance of horizontal velocity components is found to depend on h/, where h is the height of the oundary layer. Similarity relationships for some triple correlations are also discussed. The empirically determined local similarity relationships are found to agree with those obtained from surface-layer similarity. Finally, to illustrate the complexity of the local forcing, distributions of vertical energy and momentum fluxes, from which the local scaling parameters are derived, are shown. 相似文献
17.
On the extension of the wind profile over homogeneous terrain beyond the surface boundary layer 总被引：7，自引：5，他引：2
Sven-Erik Gryning Ekaterina Batchvarova Burghard Brümmer Hans Jørgensen Søren Larsen 《Boundary-Layer Meteorology》2007,124(2):251-268
Analysis of profiles of meteorological measurements from a 160 m high mast at the National Test Site for wind turbines at Høvsøre (Denmark) and at a 250 m high TV tower at Hamburg (Germany) shows that the wind profile based on surface-layer theory and Monin-Obukhov scaling is valid up to a height of 50–80 m. At higher levels deviations from the measurements progressively occur. For applied use an extension to the wind profile in the surface layer is formulated for the entire boundary layer, with emphasis on the lowest 200–300 m and considering only wind speeds above 3 m s?1 at 10 m height. The friction velocity is taken to decrease linearly through the boundary layer. The wind profile length scale is composed of three component length scales. In the surface layer the first length scale is taken to increase linearly with height with a stability correction following Monin-Obukhov similarity. Above the surface layer the second length scale (L MBL ) becomes independent of height but not of stability, and at the top of the boundary layer the third length scale is assumed to be negligible. A simple model for the combined length scale that controls the wind profile and its stability dependence is formulated by inverse summation. Based on these assumptions the wind profile for the entire boundary layer is derived. A parameterization of L MBL is formulated using the geostrophic drag law, which relates friction velocity and geostrophic wind. The empirical parameterization of the resistance law functions A and B in the geostrophic drag law is uncertain, making it impractical. Therefore an expression for the length scale, L MBL , for applied use is suggested, based on measurements from the two sites. 相似文献
18.
Humidity fluctuations in the marine boundary layer measured at a coastal site with an infrared humidity sensor 总被引：1，自引：1，他引：0
An extensive set of humidity turbulence data has been analyzed from 22-m height in the marine boundary layer. Fluctuations of humidity were measured by an OPHIR, an infrared humidity sensor with a 10 Hz scanning frequency and humidity spectra were produced. The shapes of the normalized spectra follow the established similarity functions. However the 10-min time averaged measurements underestimate the value of the absolute humidity. The importance of the humidity flux contribution in a marine environment in calculating the Obukhov stability length has been studied. Deviations from Monin-Obukhov similarity theory seem to be connected to a low correlation between humidity and temperature. 相似文献
19.
北京地区一次强沙尘暴过程的大气边界层结构和湍流通量输送特征 总被引：15，自引：6，他引：9
利用中国科学院大气物理研究所北京325 m气象塔的风速和温度平均场观测资料和湍流资料,以及北京市气象台地面常规气象资料和逐日08:00和20:00(北京时间)的探空资料,分析了2002年3月18～22日沙尘暴过境前后北京城市边界层结构特征和湍流输送特征,结果表明:1)在沙尘暴爆发前,边界层中水平风速一直较小;气温较高,大气层结稳定,在边界层上部有强大的逆温层.随着冷锋过境,沙尘暴爆发,边界层中水平风速和平均湍流速度急剧增强;温度也突然变化,先迅速增强后又持续下降,逆温层迅速被破坏.2)沙尘暴初期,280 m上为系统性上升气流,而47和120 m则为系统性的下沉气流.随着沙尘暴爆发,湍流动能、向下传输的动量以及向上传输的感热也迅速增大,并且120 m高度的湍能、动量通量以及感热通量明显高于47和280 m,这与北京的局地环流有关.3)本次沙尘暴过程中,120和47 m层的摩擦速度都明显超过了北京的临界摩擦速度,表明局地起沙也是本次沙尘暴过程中北京沙尘的一个重要沙源. 相似文献