低层大气垂直风场和风切变特征及演变规律的研究
低空风切变名词解释
低空风切变名词解释低空风切变是指在低空（通常是地面至500米高度范围内）出现的风速和/或风向的急剧变化。
低空风切变是一种风险较高的天气现象，因为它可能会对飞行和航空安全产生重大影响。
低空风切变的形成低空风切变的形成通常是由于在低空出现的两种不同风向和/或风速的风层之间的接触区域。
这种接触区域被称为切变线，通常会出现在冷锋、暖锋、对流云、雷暴线和山脉等地方。
低空风切变的类型低空风切变可以分为两种类型：垂直风切变和水平风切变。
垂直风切变是指在垂直方向上风速和/或风向的急剧变化，通常出现在对流云和雷暴线上。
水平风切变是指在水平方向上风速和/或风向的急剧变化，通常出现在冷锋和暖锋上。
低空风切变的影响低空风切变对飞行和航空安全产生的影响是非常严重的。
它会导致飞机在短时间内突然失速或爬升，从而可能导致飞机失控或坠毁。
此外，低空风切变还可能导致飞机的速度和航向发生剧烈变化，从而使飞行员难以控制飞机。
低空风切变的预测和监测为了预测和监测低空风切变，航空业和气象学家使用了多种工具和技术。
其中包括雷达、风速计、气象卫星和气象探测器等。
此外，航空业和气象学家还使用了专门的模型和算法来分析和预测低空风切变的发生和影响。
低空风切变的防范措施为了防范低空风切变的影响，航空公司和飞行员需要采取一系列措施。
首先，他们需要密切关注天气预报和气象信息，并在可能出现低空风切变的情况下采取相应的措施。
其次，他们需要培训和训练飞行员，使其能够在低空风切变的情况下正确应对。
最后，他们需要使用最先进的飞行技术和设备，以确保飞机在低空风切变的情况下能够安全飞行。
结论低空风切变是一种风险较高的天气现象，但通过预测和监测、培训和训练以及使用最先进的技术和设备等措施，我们能够有效地防范其影响。
因此，对于航空业和气象学家来说，加强对低空风切变的研究和探索，将有助于提高航空安全水平，保障人民生命财产安全。
大气边界层风速垂直分布规律研究
大气边界层风速垂直分布规律研究大气边界层是指地面以上到几百至一千米高度范围内的大气层，其中包括对人类生活和人类活动有重要影响的对流层和一部分平流层。
大气边界层的风速垂直分布规律，对于气象学和气候学的研究具有重要意义。
在大气边界层内，风速的垂直分布是受到多种因素的影响的。
其中，地面摩擦对于低空风速分布起着重要作用。
在接触地面的近地层，由于地面粗糙度的影响，风速呈现较低的分布情况。
随着高度的增加，地面摩擦逐渐减弱，致使风速逐渐增加。
这种垂直分布在地面上表现为一个边界层，被称为大气边界层。
另外，大气边界层的风速垂直分布还受到大气的水平运动和垂直运动的影响。
水平运动主要指的是大尺度天气系统的运动，例如气压系统、流线型等。
这些运动将对流层内的风场产生巨大的影响，从而影响大气边界层的风速分布。
垂直运动主要指的是对流层内的垂直气流，例如热对流和辐射对流。
这些垂直运动可以使大气边界层内的风场发生剧烈的变化，从而改变风速的垂直分布。
此外，季节变化也对大气边界层的风速垂直分布产生影响。
在夏季，由于高温和大气的不稳定性，大气边界层内的对流活动非常活跃。
这将导致风速垂直分布出现明显的峰值，即风速在一定高度范围内较大，往上下降较快。
而在冬季，由于气温较低且大气较为稳定，大气边界层内的对流活动较为减弱，导致风速垂直分布变得较为平坦。
大气边界层风速垂直分布的研究对于气象学和气候学具有重要意义。
首先，了解大气边界层的风速垂直分布规律可以帮助我们更好地理解大气环流系统的形成和演变过程。
其次，风速的垂直分布对于气象灾害的预测和防范具有重要意义。
例如，大尺度的下沉气流会导致风速在一定高度范围内显著减小，这往往会造成局地的沙尘暴等灾害事件。
最后，对于可再生能源的开发和利用来说，了解大气边界层内风速的垂直分布规律可以帮助我们更好地规划和建设风力发电场。
综上所述，大气边界层风速垂直分布的研究是气象学和气候学中的一个重要课题。
地面摩擦、大气水平运动、垂直运动以及季节变化等因素都可以影响大气边界层的风速垂直分布。
大气垂直分层及特点
⼤⽓垂直分层及特点
⼤⽓分层按照⼤⽓在垂直⽅向的各种特性，将⼤⽓分成若⼲层次。
按⼤⽓温度随⾼度分布的特征，可把⼤⽓分成对流层、平流层、中间层、热层和散逸层。
⼤⽓垂直分层及特点
整个地球⼤⽓层按其成分、温度、密度等物理性质在垂直⽅向上的变化，世界⽓象组织把它分为五层，⾃下⽽上依次是：对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层。
1、对流层
对流层是地球⼤⽓中最低的⼀层。
云、雾、⾬雪等主要⼤⽓现象都出现在此层。
⽓温随⾼度增加⽽降低：由于对流层主要是从地⾯得到热量，因此⽓温随⾼度增加⽽降低。
2、平流层
在平流层内，随着⾼度的增⾼，⽓温最初保持不变或微有上升。
平流层这种⽓温分布特征是和它受地⾯温度影响很⼩，特别是存在着⼤量臭氧能够直接吸收太阳辐射有关。
3、中间层
⾃平流层顶到80km左右为中间层。
该层的特点是⽓温随⾼度增加⽽迅速下降，并有相当强烈的垂直运动。
4、暖层
暖层它位于中间层顶以上。
该层中，⽓温随⾼度的增加⽽迅速增⾼。
这是由于波长⼩于0.175µm的太阳紫外辐射都被该层中的⼤⽓物质所吸收的缘故。
5、散逸层
这是⼤⽓的最⾼层，⼜称外层。
这⼀层中⽓温随⾼度增加很少变化。
由于温度⾼，空⽓粒⼦运动速度很⼤，⼜因距地⼼较远，地⼼引⼒较⼩，所以这⼀层的主要特点是⼤⽓粒⼦经常散逸⾄星际空间，本层是⼤⽓圈与星际空间的过渡地带。
大气层的稳定与不稳定,为何会产生天气变化？
1.引言大气层稳定与不稳定是影响天气变化的重要因素。
在这个复杂而又神秘的自然系统中，各种因素交织影响，导致气象现象的多样性和变幻无常。
本文将从大气层的结构、热力学特征、水平和垂直运动等方面探讨大气层的稳定与不稳定以及它们对天气变化的影响。
2.大气层的结构大气层可以分为四个主要层次：对流层、平流层、中间层和顶层。
其中对流层是人类活动最为频繁的一层，也是产生天气的主要层次。
3.热力学特征大气层的稳定与不稳定主要与温度和湿度的分布有关。
温度随高度变化的规律可以分为三种情况：正常递减、逆温和层状递增。
正常递减是指温度随着高度升高而逐渐降低，逆温则相反，即温度随着高度升高而逐渐升高，层状递增则是指在某一高度范围内温度呈现出层状结构。
湿度的分布也对大气层的稳定性产生影响，高湿度容易导致大气层不稳定。
4.水平运动大气层的水平运动主要包括垂直风切变和水平风向的改变。
垂直风切变是指相邻两层大气之间的风速和方向差异，风切变越强，大气层越不稳定。
水平风向的改变则会导致气流的辐合和辐散，进而影响天气的变化。
5.垂直运动大气层的垂直运动主要包括对流和抬升。
对流是指由地面向上升的热气流，当气温升高时，地面上的空气受热膨胀，密度变小，从而形成上升气流。
抬升则是指空气受到山脉、冷锋等地形或气压系统的作用而被迫上升。
当气流上升到一定高度时，由于空气压力减小，气温下降，空气水汽饱和，从而形成云和降水。
大气层的垂直运动对天气变化的影响非常显著。
6.大气层的稳定与不稳定当大气层的温度、湿度、水平和垂直运动达到一定的平衡状态时，大气层就是稳定的。
相反，当这些因素之间出现不平衡时，大气层就会变得不稳定。
例如，在高空出现较强的逆温带时，冷空气向下渗透形成急剧下沉的气流，从而导致大气层不稳定。
此外，地形、气压系统等因素也会对大气层的稳定性产生影响。
7.大气层的稳定与不稳定对天气变化的影响大气层的稳定与不稳定对天气变化有着重要的影响。
当大气层稳定时，天气趋于平稳，气温变化较缓和。
低层大气垂直风场和风切变特征及演变规律的研究
层
廓线雷
季节 春季 夏季 秋季 冬季 总计 轻度 1656 1873 1826 1505 6860 中度 320 197 215 341 1073
场
数
强烈 105 61 77 127 370 严重 118 48 65 173 404
切
计
总计 2199 2179 2183 2146 8707
规律
续
组 切 强度等级 轻度 中度 强烈 严重 议 度标
AMDAR资料
121 18 -122 18
0.5
径
围内
层
廓线雷 数
场
计
切
规律
2009年3月17日小时平均风速廓线分布图
层
廓线雷 数
场
计
切
规律
2009年3月17日小时平均风速廓线分布图(00-09每三小时)
层
廓线雷
过对 廓线雷
集中出现
场
数
场 数 资料
切
计 续
年
规律
年 计
很少出现
层
廓线雷 数
场
计
（m/s）/30m 0-2 2.1-4 4.1-6 ＞6
层
廓线雷
时次
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
场
数
中度
65 89 76 69 80 63 57 76 77 61 72 62 61 69 61 65 50 64 87 81 71 77 77 75
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层
场
场区 切
场
切
规律
选
例
年
层
低空大气风场的特性与变化规律研究
低空大气风场的特性与变化规律研究近些年来，随着城市化进程的加快，低空大气污染问题日益严重。
而研究低空大气风场的特性和变化规律，对于减轻污染物扩散和控制大气污染具有重要意义。
本文将探讨低空大气风场的特性和变化规律。
一、低空大气风场的特性低空大气风场是指地表至海拔几百米的地方，在垂直高度上的风速和风向的分布情况。
研究表明，低空大气风场的特性受地理环境、地表条件、气象参数等多种因素的影响。
首先，地理环境对低空大气风场的形成和分布有显著影响。
例如，山地和平原地区的风场特性存在较大差异。
山地地区由于地形复杂，地形起伏较大，导致风场强度较大。
而平原地区相对较平坦，风场强度较弱。
其次，地表条件也是影响低空大气风场的重要因素。
不同地表的热容量、热导率、粗糙度等属性会直接影响地面辐射、湍流混合和辐射冷却等过程，从而影响低空大气风场的形成和分布。
最后，气象参数也对低空大气风场的特性发挥着重要作用。
例如，季节变化、时间变化和天气系统等都会对低空大气风场产生明显的影响。
春夏季节大气温度较高，大气层不稳定，风场结构较为复杂。
而秋冬季节大气温度较低，大气层较为稳定，风场结构相对较简单。
二、低空大气风场的变化规律低空大气风场的变化规律主要有以下几个方面：日变化、季节变化和年际变化。
首先是日变化。
低空大气风场在一天的不同时间段内会出现显著的变化。
例如，清晨和傍晚时分，低空大气风速和风向会发生明显的变化。
这是由于太阳的出升和落下，地表和低空层的辐射、冷却、湍流混合等因素的相互作用引起的。
其次是季节变化。
不同季节低空大气风场的特性也会发生变化。
例如，夏季低空大气温度较高，风场稳定性较差，风场结构复杂；冬季低空大气温度较低，风场稳定性较好，风场结构相对简单。
最后是年际变化。
低空大气风场的特性在不同年份也会有所差异。
例如，长时间的气候变化和新的环境因素的引入可能导致低空大气风场的变化。
这种年际变化可能会对城市的大气环境产生重要影响。
总之，低空大气风场的特性和变化规律研究对于解决城市空气污染问题具有重要意义。
大气边界层风速分布特性研究
大气边界层风速分布特性研究大气边界层是地球表面上的一层气体，它与地面相接触并受到地表辐射和摩擦的影响。
在大气边界层中，风速是一个重要的气象参数，它对于气候、天气和环境的研究具有重要意义。
本文将从不同的尺度和高度来探讨大气边界层风速分布的特性。
首先，从垂直尺度来看，大气边界层的风速分布可以分为垂直递增和垂直递减两种情况。
在较低的高度范围内，风速随着高度的增加呈现递增的趋势，这是由于地面摩擦的作用造成的。
随着高度的增加，地面摩擦逐渐减弱，风速逐渐增大。
然而，在较高的高度范围内，风速随着高度的增加呈现递减的趋势，原因是大气边界层内的动力平衡和热力平衡的变化。
这种垂直分布特性的研究对于风能利用和大气污染控制等方面具有重要指导意义。
其次，从水平尺度来看，大气边界层的风速分布具有明显的空间异质性。
这种空间异质性主要受到地形、地表条件和大气环流等因素的影响。
例如，山脉和山谷等地形特征会改变风的流向和速度。
而不同类型的地表，如水域、林地和城市等，也会对风速产生明显的影响。
此外，大气环流的变化也会导致不同地区风速分布的差异。
因此，研究大气边界层风速的空间分布特性，有助于理解风能资源的潜力，并指导风电场的选址和规划。
再次，从时间尺度来看，大气边界层的风速分布存在着明显的时空变化。
短期内，风速受到天气系统和地表风状况的影响，呈现出较大的波动。
例如，在冷锋和热锋等天气系统的过程中，风速会发生剧烈的变化。
长期来看，风速还具有明显的季节性变化。
例如，在夏季，大气边界层的风速较低；而在冬季，大气边界层的风速较高。
这种时间尺度上的变化对于气候和环境变化的研究具有重要意义。
综上所述，大气边界层风速分布的特性受到多种因素的影响，包括垂直尺度、水平尺度和时间尺度。
研究大气边界层风速的分布特性，对于风能资源的利用、天气预报和环境监测等方面具有重要意义。
因此，我们需要进一步深入研究大气边界层风速的分布规律，并探索有效的利用方法，以实现可持续发展和环境保护的目标。
大气风速与湍流结构的垂直变化特征分析
大气风速与湍流结构的垂直变化特征分析引言：大气风速和湍流结构是大气环流中的重要参数，对天气预报、气候研究和环境影响评估具有重要意义。
本文将分析大气中风速和湍流结构的垂直变化特征。
一、大气风速变化规律大气风速是大气环流中最基本的参量之一，它受到多种因素的影响，如地球自转、地形、海洋热力等。
从地面开始，随着海拔的增加，风速往往呈现一定的变化规律。
1.风速的垂直分布大气中风速的垂直分布具有一定的特征。
从地面到高空，风速一般呈现逐渐增大的趋势，但增长速率逐渐减小。
在一定的高度范围内，风速达到一定的峰值，这个高度范围可以看作是风速的层结区域。
超过层结区域后，风速开始逐渐减小，并逐渐平缓。
2.影响风速的因素大气中风速的变化受到多种因素的影响。
地形起伏较大的地区，风速的垂直分布可能会受到地形的限制。
海洋热力也会对风速的垂直分布产生影响，例如海洋上风速较低的海表面层。
此外，年份、季节和地理位置等因素也可能导致风速的变化。
二、湍流结构的垂直变化特征湍流结构是指气流中存在的无序涡旋结构，对大气环流和能量传递起着重要作用。
湍流结构的垂直变化特征可以通过湍流能量谱分析来研究。
1.湍流能量谱湍流能量谱是描述湍流结构在不同尺度上的能量分布的工具。
从初级湍流到高级湍流，湍流能量谱呈现出不同的形态。
在小尺度上，湍流能量谱呈现出较陡的斜坡，表示湍流结构的能量集中在小尺度上。
随着尺度的增大，湍流能量谱逐渐平缓，表示湍流结构的能量逐渐向大尺度集中。
2.湍流结构的垂直分布湍流结构的垂直分布也具有一定的特征。
从地面到高空，湍流结构的尺度呈现逐渐减小的趋势。
在地面附近，较大尺度的湍流结构占主导地位，而随着高度的增加，尺度较小的湍流结构逐渐增多。
结论：大气中风速和湍流结构的垂直变化特征具有一定的规律性。
从地面到高空，风速逐渐增大，但增长速率逐渐减小。
湍流结构的尺度从地面开始逐渐减小。
这些特征的研究对于天气预报、气候研究和环境影响评估具有重要意义。
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切
计
强烈
29 21 26 33 21 28 33 23 17 17 16 28 25 21 15 16 25 28 21 24 30 24 30 28
规律
续
轻度
413 405 412 405 411 426 428 418 429 441 439 439 436 432 439 441 438 428 410 404 408 411 416 414
层
资料
选 例
场
场
切
年
规律
续
廓线雷 资料 对
09:50-10:10AMDAR温度、风速、风向廓线和10:00风廓线雷达风速、风向廓线
层
资料
选 例
场
场
切
年
规律
续
廓线雷 资料 对
12:00-12:20AMDAR温度、风速、风向廓线和12:00风廓线雷达风速、风向廓线
层
资续
廓线雷 资料 对
续
廓线雷 资料 对
图为
数
图为
廓线雷 数
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结论
讨论
1、浦东国际机场区域，950m-1050m之间和250m-600m之间非 常容易出现较大的风速切变。另外，1000m附近存在较为稳定 的低空急流区。 航空器在浦东国际机场起飞或着陆时，需着重注意250m和 300m之间及1000m和1050m之间的风向、风速的切变，做好拉 起及复飞等应对措施。 2、浦东国际机场区域风切变季节变化明显日变化并不明显， 严重风切变集中出现在凌晨1:00-4:00和夜间20:00-21:00。 3、以30m为一个高度层，如果相邻高度层之间的风矢量差 ≥6m/s时，应提醒机组注意可能遭遇风切变。 4、中度以上低空风切变发生的大尺度环流背景，在850hpa图 上亚欧区域为“两槽一脊”环流形势。
次极大值
切
续
很少出现在以下 高度层之间
规律
风速变差 的极大值 高度层 出现频率
度层 计 现 现 250m 300 显 易 1000m 1050m 易 现较 切 层 950m 1000m 现较 切 说 950m-1050m 易 现较 切 250m-600m 易 现 切 区 1000m 现 率 1000m 1050m 层 现 率 当 认为1000m 较为稳 流区
AMDAR资料
121 18 -122 18
0.5
径
围内
层
廓线雷 数
场
计
切
规律
2009年3月17日小时平均风速廓线分布图
层
廓线雷 数
场
计
切
规律
2009年3月17日小时平均风速廓线分布图(00-09每三小时)
层
廓线雷
过对 廓线雷
集中出现
场
数
场 数 资料
切
计 续
年
规律
年 计
很少出现
层
廓线雷 数
场
计
层
场 规律
切
李
纲
资料
层 廓线雷 场 切 规律
数 计 场区 切 资料 廓线雷 资料
对
结论
讨论
切 廓线雷
关 廓线雷
测
理
资料
LAP-3000
• 2009年1 测 度 资料
层
廓线雷
测
资料
2010年6 18 围为150 3250m 时 理 时
率
率
NCEP/NCAR
资料
1 1
场区
围30 39 -31 39
层
廓线雷
季节 春季 夏季 秋季 冬季 总计 轻度 1656 1873 1826 1505 6860 中度 320 197 215 341 1073
场
数
强烈 105 61 77 127 370 严重 118 48 65 173 404
切
计
总计 2199 2179 2183 2146 8707
规律
续
组 切 强度等级 轻度 中度 强烈 严重 议 度标
过
层
廓线雷 数
场
计
切
续
规律
层 量 现 250m 300m 量 现 率 为 23.06% 现 率23.17% 当 250m 300m 显切 现 率 1000m 1050m 量 现 率 仅 了3.49% 远远 该层 现 率23.05% 这 更 力 说 了 这 度层 现 率 更 认为 1000m 较为稳 流区 综上所述，航空器在浦东国际机场起飞或着陆时，需着重注意 250m和300m之间及1000m和1050m之间的风向、风速的切变，做好 拉起及复飞等应对措施。
（m/s）/30m 0-2 2.1-4 4.1-6 ＞6
层
廓线雷
时次
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
场
数
中度
65 89 76 69 80 63 57 76 77 61 72 62 61 69 61 65 50 64 87 81 71 77 77 75
结论
讨论
续
5、通过风廓线雷达的风速廓线与AMDAR资料的温度、风速 廓线的对比分析，发现两者风速的变化趋势有高度的相似性， 而且极值出现的高度都有很好的对应，验证浦东国际机场区域， 低层大气中在逆温层顶的高度总能对应着一个风速的极大值， 只是，两者对应的高度有时候并不完全吻合；近地层无明显逆 温时，温度递减，风速递增。 6、风廓线雷达所反演的风速、风向与AMDAR反应的存在一 定的偏差：风速：低层风廓线雷达风速偏大，高层偏小，平均 差值在3-6m/s，风速极值最大偏差可达13m/s ； 风向：低层顺时针偏转；高层逆时针偏转，平均5-20°， 可按实际情况进行进行修正。 7、风廓线雷达资料和AMDAR资料风-时间序列图可以很好的 连续反映低层大气风场的结构调整，对未来风场结构演变有一 定的指示性意义。
12:50-13:10AMDAR温度、风速、风向廓线和13:00风廓线雷达风速、风向廓线
层
资料
选 例
场
场
切
年
规律
续
廓线雷 资料 对
13:50-14:10AMDAR温度、风速、风向廓线和14:00风廓线雷达风速、风向廓线
层
资料
选 例
场
场
切
年
规律
续
廓线雷 资料 对
15:00-15:25AMDAR温度、风速、风向廓线和15:00风廓线雷达风速、风向廓线
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层
场
场区 切
场
切
规律
选
例
年
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场
场区 切
场
切
规律
选
例
年
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场
场区 切
场
切
规律
选
例
年
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场
场区 切
场
切
规律
选
例
年
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场
场区 切
场
切
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年
规律
选
例
层
场
场区 切
场
切
规律
选
例
年
层
场
场区 切
场
切
规律
选
例
年
层
场
场区 切
场
切
规律
选
例
年
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层
资料
选 例
场
场 年
切
规律
廓线雷 资料 对
08:50-09:20AMDAR温度、风速、风向廓线和09:00风廓线雷达风速、风向廓线
层
资料
选 例
场
场
切
年
规律
续
廓线雷 资料 对
17:40-18:00AMDAR温度、风速、风向廓线和18:00风廓线雷达风速、风向廓线
层
资料
选 例
场
场
切
年
规律
续
廓线雷 资料 对
17:40-18:00AMDAR温度、风速、风向廓线和18:00风廓线雷达风速、风向廓线
层
资料
选 例
场
场
切
年 连续 场对
规律
严重
37 29 30 37 32 27 26 27 20 25 18 16 23 23 30 22 31 24 26 35 35 32 21 27
总计
544 544 544 544 544 544 544 544 543 544 545 545 545 545 545 544 544 544 544 544 544 544 544 544