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沙尘天气过程沙地下垫面沙尘通量的获取与分析研究 总被引：9，自引：0，他引：9
利用浑善达克沙地地区2004年春季沙尘暴和微气象学加强观测实验资料,计算了浑善达克沙地地区不同沙尘天气条件下湍流交换系数、湍流动量通量和感热通量、沙尘浓度通量;研究了沙尘暴过程中湍流作用、沙尘输送特征及起沙条件。结果显示:浑善达克沙地地区非沙尘天气白天近地层热力湍流作用强于动力湍流,湍流交换以感热交换为主;沙尘天气过程中,近地面层湍流动力作用明显增加,湍流动量和感热交换都对湍流输送有主要贡献,感热通量数值有不同程度的降低。较强沙尘暴天气过程中动力湍流强于热力湍流。随着沙尘天气经历起沙、平衡、沉降的演变过程,沙尘通量数值呈现由正值为主,过渡到向上和向下数值相当、向下数值比例增加。非沙尘天气、扬沙天气和沙尘暴天气过程的沙尘通量值范围分别是±5μg/(m2.s)、±30μg/(m2.s)和-200—300μg/(m2.s)之间。浑善达克沙地地区,非沙尘天气也存在一定量的沙尘输送,但数值较小。浑善达克沙地地区沙尘通量与摩擦速度的三次方成正比,为F=Cu3*。临界起沙风速和临界摩擦速度分别约为6m/s和0.4m/s。 相似文献
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杨梅 《沙漠与绿洲气象(新疆气象)》2024,18(3):121-128
利用2006—2022年河西走廊东部常规高空地面观测资料、民勤探空站08时和20时间隔50 m高空加密观测资料,分析冬季和春季西北气流型沙尘暴气象要素时间、垂直结构变化及大气层结特征。结果表明:（1）研究区西北气流型沙尘暴出现在地气温度和温差最大、相对湿度最小、地面气压和风速陡增时,特别春季沙尘暴发生时风速大、地表干且近地层热力对流最强。（2）垂直结构特征是早干晚湿、风速随高度递增,风向先顺转后逆转,低层暖高层冷,而春季低层气温较高,垂直温度梯度增幅大,温度露点差大,冷暖空气强度强且交汇高度较低（1 km附近）,层结更不稳定,易发生沙尘暴。（3）位温随不稳定层结高度变化梯度较大时间春季为08时和冬季为20时,即沙尘暴春季出现早于冬季。春季20时和冬季08时不稳定高度厚而低,因而春季下午到夜间、冬季中午沙尘暴较强。（4）500 hPa冷平流中心强度(≥-34℃) 和西北急流(≥26m/s) 越强,对应700 hPa河西风速大于20 m/s及低层暖区范围越大,沙尘暴强度越强,持续时间越长。 相似文献
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利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中站2006年4月10日一次强沙尘暴前后连续5天地面、土壤中、以及80 m高塔站梯度观测系统的各气象要素资料,详细地分析了该沙尘暴前后不同沙尘天气日各要素的变化特征.结果表明:这次沙尘暴是南疆气温持续回暖、热低压强烈发展、沙尘暴和浮尘天气持续时间长的一次南疆东灌型强沙尘暴过程.温、湿廓线在沙尘暴过境时,因强湍流交换,整个近地层大气基本上处于中性层结,沙尘暴日为降温增湿的过程;沙尘暴日前后大气层结发生了转变,破坏了晴天正常的逆温、逆湿结构.风速廓线在沙尘暴日满足对数律关系,而在沙尘暴日前后的天气里,风速较小,规律性差.沙尘暴过境时0O cm和5 cm地温变化趋势与1.5 m气温相似,过境前1.5 m气温比5 cm地温达到峰值的时间约提前1～2 h,过境后反而又滞后1～2 h. 相似文献
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温度平流在沙尘暴和大风天气预报中的差异分析 总被引：2，自引：1，他引：1
针对内蒙古沙尘暴天气中大气层结稳定度问题,选取了内蒙古强沙尘暴、大风(以大风为主部分地区伴有扬沙天气)两种天气过程,对冷空气活动的温度平流空间分布特征进行对比分析。分析结果表明:沙尘暴、大风天气都有较强的冷平流活动,但强冷平流的垂直分布明显不同,其对大气层结稳定度、温度垂直廓线、垂直运动分布有明显影响。沙尘暴天气强冷平流中心位于较高的700~600 hPa层次,其与近地层弱冷平流叠加,形成高低层温度平流差异,使得垂直气温直减率加大并保持这一趋势,形成有利于沙尘暴发生的深厚不稳定层结条件,在低层扰动的触发下形成干对流风暴,能量交换不稳定能量释放,使该层大气趋于中性层结即混合层,混合层是能量交换的一个平衡态;大风天气强冷平流中心位于较低的850 hPa以下层次,不利于形成不稳定层结条件。沙尘暴扬起的高度就是混合层厚度,比强冷平流中心位置高出150 hPa左右,强度达到—45×10~(-3)℃·s~(-1)以上的强冷平流中心在700~600 hPa层次时,混合层厚度可达到500 hPa以上层次,这一强度的沙尘暴天气可以影响到我国江南沿海地区。 相似文献
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针对2009年4月23-24日出现在我国内蒙古中西部的一次强沙尘暴天气过程,利用专门组织观测实验得到的加密探空资料、地面自动观测站资料和其他常规观测资料,深入分析研究了此次沙尘暴发生前后及发生期间,近地层气象要素变化及其内部热力、动力结构特征变化.结果表明,1）沙尘暴发生前,大气的温度垂直递减率大,湿度较大,近地层风速小,风向偏东;在沙尘暴发生期间,大气中出现逆温现象,大气湿度很小,各层风速明显增强,风向偏西且稳定;之后,低层温度显著下降,大气湿度迅速增大,各层风速减小,沙尘暴天气结束.2）沙尘暴发生前,大气层结是条件不稳定的,在沙尘暴过境时,低层大气层结是稳定的,在800600 hPa之间大气层结是中性的,此时低层大气干燥,而在沙尘暴移出测站后,湿度明显增大,因此,“3θ”曲线可以为沙尘暴的监测和预报提供一个有价值的参考数据.3）沙尘暴爆发时的螺旋度是所有观测时次中的最大值,螺旋度与沙尘暴的强度在时间上具有良好的对应关系,即螺旋度越大,对应沙尘暴越强.4）此次强沙尘暴的形成与发展不仅受到环境风速的影响,沙尘暴内部的切向旋转速度和垂直运动速度也对其起到重要的作用. 相似文献
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内蒙古科尔沁沙地起沙近地层动力学阈值的试验研究 总被引：4，自引：0，他引：4
利用内蒙古科尔沁沙地沙尘暴探测与监测试验站2008年和2009年春季沙尘和近地层观测资料,研究了不同沙尘天气条件下沙尘浓度随摩擦速度的变化规律,对比分析了不同天气(晴天、扬沙、沙尘暴和强沙尘暴)入射短波辐射和净辐射的演变,并利用两层高度沙尘浓度差,区分局地起沙和非局地起沙,有效地避免了沙尘水平输送引起的起沙阈值的低估。结果表明,起沙前,摩擦速度和沙尘浓度数值都较低;临近起沙阶段,摩擦速度迅速增大而沙尘浓度基本保持不变;起沙时,摩擦速度数值较高,沙尘浓度迅速增大;沙尘天气减弱阶段,沙尘浓度随摩擦速度近似呈线性减小。科尔沁沙地春季临界起沙摩擦速度u*t和临界起沙风速ut分别为0.62m.s-1和9.5m.s-1,扬沙、沙尘暴和强沙尘暴天气的起沙阈值依次略有增加。与晴天天气相比,沙尘天气到达地面的短波辐射和净辐射明显减少。 相似文献
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提要：利用2013年春季在巴丹吉林沙漠北缘拐子湖地区的沙尘暴加强观测资料,对比分析该地区典型流动沙面晴天、扬沙和沙尘暴三种天气背景下各气象要素的变化特征及差异,同时对沙尘暴过程中近地层风沙活动特征进行分析。结果表明,随风速增加沙尘天气强度逐步提升且沙尘天气来临前风速、风向均表现出明显的调整现象,此后爆发过程中风速、风向相对稳定。随沙尘天气强度的增加气温逐渐减小且沙尘天气过程中地面呈利于沙尘起动的暖干状态,同时地面气压不断升高。悬浮的沙尘会导致拐子湖流动沙地各层地温有减小趋势,但减小程度相对较弱,使沙尘天气下各层地温仍保持良好的梯度变化和正弦型日变化趋势。拐子湖流沙地春季起沙风速为6.5m/s,输沙通量垂直分布状况在20cm左右具有明显的分段现象。地表100cm内总输沙量的50%和90%分别集中在地表20cm和56cm高度以内。观测期间整个5月地表0～100cm高度内的输沙通量为420.96kg/m。 相似文献
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根据2017、2019年7月塔克拉玛干沙漠腹地GPS探空和地面观测数据,利用位温廓线法等方法,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特征显著不同。晴天大气边界层各气象要素垂直分布较为均一,白天对流边界层深厚,高度接近5 km,夜间稳定边界层一般在500 m左右。沙尘暴天气边界层内位温和比湿垂直变化较小,风速较大,可达24.0 m/s,其白天对流边界层在1.5 km左右,夜间稳定边界层在1 km左右。晴天辐射强烈,地表升温迅速,湍流旺盛,是形成晴天深厚对流边界层的主要因素。大尺度天气系统冷平流的动力条件,以及云和沙尘减弱了到达地表的辐射强度是形成沙尘暴天气独特的大气边界层结构的主要因素。 相似文献
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2009年“莫拉克”台风登陆过程阵风特征分析 总被引：3，自引：2，他引：1
利用上海台风研究所移动观测车获取的“莫拉克”台风登陆过程中超声风、温等观测资料对地面阵风特性进行了诊断分析.结果表明,在风速时间序列中叠加有周期为3-7 min的阵风扰动,显现出明显的相干结构,即沿顺风方向阵风风速峰期有下沉运动,谷期有上升运动;阵风扰动的各向异性特征明显,沿顺风方向的阵风扰动能量最大,其次是沿侧向和垂直方向的扰动能量;沿顺风方向的阵风垂直动量通量向下传播,而沿侧风方向阵风扰动动量垂直通量总体贡献接近于0.阵风扰动沿顺风方向的积分空间尺度和时间尺度最大,沿侧风方向和垂直方向其次,均明显大于湍流的积分空间和时间尺度.此外,阵风扰动的其他特征还包括:感热垂直通量极小;当平均风速较大时阵风风向变化幅度较小,而风速较小时阵风风向变化幅度则较大;动力学分析表明,阵风扰动主要表现出重力内波的一些特性. 相似文献
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大涡模式垂直分辨率在夹卷及示踪物垂直传输模拟结果分析中的作用 总被引：1，自引：0，他引：1
基于敦煌野外观测资料和大涡模式,研究了垂直方向不同尺度湍涡对夹卷及示踪物垂直传输的影响,明确了模式垂直分辨率在模拟结果分析中的作用。结果表明:垂直方向上小尺度湍涡对夹卷作用贡献更大,小尺度湍涡较多时夹卷层相对更暖,而夹卷层厚度、夹卷强度和风速变化受垂直方向湍涡尺度影响较小。当垂直分辨率为50 m时,越往夹卷层上部,上升气流和下沉气流分布较多且强度较大;分辨率为10、20和30 m时,夹卷层各高度垂直速度、位温和示踪物浓度分布较接近。另外,垂直方向湍涡尺度对示踪物垂直传输高度影响不大,而对示踪物的空间分布有一定作用。当大尺度湍涡较多且强度较强时,越有利于将高浓度的示踪物向上传输。综合考虑到模式采用较高分辨率模拟时产生的噪音及计算时间等问题,认为模式采用30 m的垂直分辨率,既能较好地模拟出夹卷层平均结构特征,又能模拟出夹卷层湍流的精细分布,是较为理想的选择。 相似文献
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利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(Semi-Arid Climate and Environment Observatory of Lanzhou University,简称SACOL)2008年12月观测资料,研究了稳定边界层湍流特征.使用涡动相关资料研究湍流通量时,定义湍流的平均时间τ内的中尺度运动是造成湍流统计量变化范围大的主要原因,稳定情形? τ取几十秒至几分钟.对梯度理查森数大于0.3的强稳定情形的湍流尺度分解(MRD)谱分析表明,感热通量在112.4～449.9 s存在谱隙,尺度大于谱隙的中尺度运动造成了通量观测资料离散性大,甚至有支配性影响.动量通量的谱隙在112.4～224.9 s之间.弱风时,中尺度运动的影响更大,垂直风速标准差以0.1的比率随中尺度风速变化;垂直风速标准差同广义风速表现出很好的相关性,并随着广义风速消失而消失.三维风速标准差与摩擦速度呈很好的线性关系,垂直、水平、横风风速的无量纲标准差分别为1.35、2.54、2.21.对湍流动能的研究发现,在梯度理查森数大于0.3的条件下,仍然存在连续的湍流.以湍动能为依据,分析了湍流的平稳时间长度,其长度随稳定度变化而变化,2008年12月7～11日从133.5 s变化到856.2 s,湍流平稳时间长度反映了中尺度运动的发生频率. 相似文献
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《Dynamics of Atmospheres and Oceans》2006,41(1):1-27
An analytical model is developed for the initial stage of surface wave generation at an air–water interface by a turbulent shear flow in either the air or in the water. The model treats the problem of wave growth departing from a flat interface and is relevant for small waves whose forcing is dominated by turbulent pressure fluctuations. The wave growth is predicted using the linearised and inviscid equations of motion, essentially following Phillips [Phillips, O.M., 1957. On the generation of waves by turbulent wind. J. Fluid Mech. 2, 417–445], but the pressure fluctuations that generate the waves are treated as unsteady and related to the turbulent velocity field using the rapid-distortion treatment of Durbin [Durbin, P.A., 1978. Rapid distortion theory of turbulent flows. PhD thesis, University of Cambridge]. This model, which assumes a constant mean shear rate Γ, can be viewed as the simplest representation of an oceanic or atmospheric boundary layer.For turbulent flows in the air and in the water producing pressure fluctuations of similar magnitude, the waves generated by turbulence in the water are found to be considerably steeper than those generated by turbulence in the air. For resonant waves, this is shown to be due to the shorter decorrelation time of turbulent pressure in the air (estimated as ∝ 1/Γ), because of the higher shear rate existing in the air flow, and due to the smaller length scale of the turbulence in the water. Non-resonant waves generated by turbulence in the water, although being somewhat gentler, are still steeper than resonant waves generated by turbulence in the air. Hence, it is suggested that turbulence in the water may have a more important role than previously thought in the initiation of the surface waves that are subsequently amplified by feedback instability mechanisms. 相似文献
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从湍流经典理论到大气湍流非平衡态热力学理论 总被引：2，自引：0，他引：2
湍流是日常生活中一种普遍的自然现象,也是经典物理学仍未完全解决的难题。湍流更是大气运动的最基本特征。本文系统地回顾了大气湍流经典理论发展简史,进一步详细介绍了大气湍流非平衡态热力学理论。大气湍流非平衡态热力学理论在熵平衡方程中引入动力过程,进而统一推导出大气湍流输送的Fourier定律、Flick定律和Newton定律,证明了Dufour效应、Soret效应、可逆动力过程与热力不可逆湍流输送过程之间的交叉耦合效应,以及湍流强度定理。这些定律和定理中得到了观测的事实验证,同时它们的唯象系数也由观测资料所确定。湍流强度定理揭示,湍流发展的宏观原因是速度和温度的剪切效应,Reynolds湍流和Rayleigh-Bénard湍流共存于大气湍流中。热力过程和动力过程间耦合效应现象的发现突破了传统湍流输送理论,即Fourier定律、Flick定律和Newton定律的观点——一个宏观量的输送通量等价于这个宏观量的梯度湍流输送通量。热力和动力过程间的耦合原理认为,一个宏观量的输送通量包括这个量的梯度湍流输送通量和速度耦合输送通量两部分。因此,能量和物质的垂直输送通量除了相应物理量梯度造成的湍流输送外,还应包括垂直速度耦合效应,即辐散或辐合运动造成的耦合效应。在一个很宽的尺度范围内,地表面的空间特征是非均匀的。下垫面非均匀性造成的对流运动将引起大气的辐散或辐合运动。这可能是导致地表能量收支不平衡的重要原因之一。垂直速度对垂直湍流输送的交叉耦合效应为非均匀下垫面大气边界层理论的发展,并为克服地表能量收支不平衡问题及非均匀下垫面大气边界层参数化遇到的困难提供了可能的线索。 相似文献
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利用中尺度模式WRF（V3.9）对2016年8月17～18日重庆一次城市热岛环流个例进行了数值模拟，探讨了山地城市热岛环流的三维结构和演变特征，分析了热岛环流期间湍流动能和各项湍流通量的特征。结果表明:15:00（北京时，下同）乡村风开始出现，随着热岛强度增强乡村风增大，18:00热岛环流结构最显著，次日02:00热岛环流结构被破坏，仅低层存在微弱的乡村风。其中，重庆市城市热岛环流最强时，水平尺度约城市尺度的1.5～2倍，垂直厚度约1.3 km，水平风速约2～4 m s?1，最大上升速度约0.5 m s?1。受地形、河流以及背景风的影响，环流呈现非对称的结构，且强度较弱。湍流特征分析结果表明，城市区域的湍流动能明显大于其它区域。此外，城市热岛环流通过湍流运动将郊区的水汽输向城市；高层湍流动量补充边界层中因热岛环流发展而造成的动量耗散。 相似文献
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高风速相干结构对通量输送影响的实验研究 总被引：2，自引：0，他引：2
切变湍流的相干结构是湍流研究中的重大发现,它表明湍流运动并非完全随机,其中具有可检测的有序结构.本文通过处理南京浦口地区大气边界层观测数据,来分析不稳定层结中高风速相干结构特征.本次观测项目包括对场地中央的气象铁塔上2 m和40 m高度上超声风速仪的脉动速度、温度测量以及风廓线雷达对边界层风速廓线的测量.对超声水平风速时间序列数据进行小波变换 (时间尺度400 s),通过阈值来识别这种高风速相干结构.与多普勒风廓线雷达测量结果对比后发现,这种方法确定的相干结构符合常规的认识,具有较长的时间尺度和较大的垂直尺度 (接近边界层厚度).分析三天相干结构特性得到无量纲空间间隔约为6,即每隔6个边界层厚度的水平位置出现一个高速相干结构.通过与垂直风速小波系数的比较,发现高风速相干结构与向下垂直风速之间有较好相关,这与湍流中 “阵风” 现象的研究结论相似.使用四象限分析方法分类得到两种动量通量输送为负的运动:较小水平风速的上扬 (ejection) 运动 (简称为上扬运动) 和较大水平风速的下扫 (sweep) 运动 (简称为下扫运动),这两种运动在整个湍流活动中处于主导地位.高风速相干结构通过促进下扫运动和抑制上扬运动来影响动量通量的输送. 相似文献
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Langmuir turbulence is a complex turbulent process in the ocean upper mixed layer. The Coriolis parameter has an important effect on Langmuir turbulence through the Coriolis–Stokes force and Ekman effect, however, this effect on Langmuir turbulence has not been systematically investigated. Here, the impact of the Coriolis parameter on Langmuir turbulence with a change of latitude (LAT) from 20°N to 80°N is studied using a non-hydrostatic large eddy simulation model under an ideal condition. The results show that the ratio of the upper mixed layer depth to Ekman depth scale (RME) RME = 0.266 (LAT = 50°N) is a key value (latitude) for the modulation effect of the Coriolis parameter on the mean and turbulent statistics of Langmuir turbulence. It is found that the rate of change of the sea surface temperature, upper mixed layer depth, entrainment flux, crosswind velocity, downwind vertical momentum flux, and turbulent kinetic energy budget terms associated with Langmuir turbulence are more evident at RME ≤ 0.266 (LAT ≤ 50°N) than at RME ≥ 0.266 (LAT ≥ 50°N). However, the rate of change of the depth-averaged crosswind vertical momentum flux does not have a clear variation between RME ≤ 0.266 and RME ≥ 0.266. The complex changes of both Langmuir turbulence characteristics and influence of Langmuir turbulence on the upper mixed layer with latitude presented here may provide more information for further improving Langmuir turbulence parameterization. 相似文献
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该文在多尺度湍流理论的研究成果基础上, 将边界层湍流风谱与平均量的梯度相联系, 建立了边界层多尺度湍流参数化子模式, 之后放入MM5模式中进行了个例模拟研究, 并与MM5模式附带的M RF边界层参数化、Blackadar高分辨率边界层参数化的模拟结果进行比较和分析。结果表明, 多尺度湍流理论能够反映出实际大气边界层中热量垂直输送的规律, 将其用于中尺度数值预报模式的边界层物理过程参数化是可行的; 多尺度湍流参数化在地表层和边界层内各个层次上都着重考虑含能量最大的涡的作用以及水平热力不均匀性的影响, 因此在地形和下垫面比较复杂的区域, 对中尺度天气系统的模拟有进一步发展的前景。 相似文献
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利用NCEP再分析资料和北京、天津的多普勒天气雷达产品对2007年7月9日华北中部地区一次伴有短时暴雨、局地冰雹和短时大风等强对流天气过程进行分析研究。分析表明,此次天气过程发生前高空转为前倾槽,并具有较强的不稳定层结;近地层的风切变线是雷暴生成的条件。物理量诊断分析表明：降水前水汽辐合区已从近地层扩展到850 hPa,但比较浅薄;低层辐合、高层辐散的配置加强了垂直上升运动;强对流天气发生区域处于垂直上升运动最强的区域内。多普勒天气雷达产品分析表明：致雹风暴具有中气旋特征和类似强降水超级单体的性质;路径预报的准确率与雷暴的总数目和移动异向性有关,雷暴的实际移向角度与雷达的路径预报相比存在明显偏差,总体偏差在29～67°之间,但路径预报产品仍对天气预报具有一定指示性;风廓线产品中3-7 km高度内垂直风切变矢量随高度呈顺时针旋转,在这种有利的条件下风暴有可能发展成强降水超级单体。 相似文献