塔中春季阴天近地层风速_温度和湿度廓线特征分析
10 a平均 4月份 10 a平均
平均风 /m· s-1 2.3 3.2
平均气温 /℃ 12.0 16.7
平均水汽压 /hPa 4.6 3.4
平均气压 /hPa 891.3 888.8
注 :除了温度为 1996 ～ 2005 年 10 a平均之外 , 其余要素值为 1996 ～ 2004年的平均 。
塔中 80 m观测塔梯度探测系统共有 10个层次 观测平台 , 高度分别为 0.5 m, 1 m, 2 m, 4 m, 10 m, 20 m, 32 m, 47 m, 63 m, 80 m。 在梯度铁塔的 1 m, 2 m, 4 m, 10 m, 20 m, 32 m, 47 m, 63 m, 80 m横臂左侧 (西北 向 )离横臂边缘 5 cm处安装了风 向风速探 头 , 在横臂右侧 (东南向 )离横臂 115 cm处安装了 温湿度探头 。风向风速探头感应部分的实际高度高 出铁塔横臂 46 cm, 因此安装在 1 m横臂上的风向 风速探头的 实际高度 为 1.46 m, 其它层 次依次类 推 。温湿度探头感应部分的实际高度高出铁塔横臂 24 cm(即安装在 1 m横臂上的温湿度探头的实际安 装高度为 1.24 m, 其它层次也依次类推 )。 在 0.5 m 横臂上的风 速探头 感应部分 (没有 安装风 向传感 器 )实际高度为 0.75 m, 温湿度探头感应部分高度 为 0.53 m。 另外在 9.5 m高度上安装有一套三维 超声风速仪和 CO2 /H2 O分析仪 。
沙漠大气边界层研究是大气边界层研究面临的 复杂下垫面边界层主要问题之一 [ 4] , 但由于受到常 规观测手段和地面气象资料的限制 , 目前对沙漠地 区的研究主要集中在沙尘气溶胶及太阳辐射能量平 衡[ 5 -10] 、 沙漠源区沙尘暴个例的气象要素分析研究 等[ 6, 11] , 而对于流动沙漠腹地大气结构和廓线的研 究很少 , 有针对性的对沙漠腹地 , 如晴天 、阴天等典 型天气近地层气象要素的垂直分布的个例分析几乎
引言
塔克拉玛干沙漠位于新疆南部塔里木盆地的中 央 , 地处东经 77°～ 90°、北纬 37°～ 41°之间 , 东西长 约 1 070 km, 南北宽 410 km, 面积 33.76 ×104 km2 , 其中流动沙丘面积占 82.2%, 是我国最大的沙漠 , 也是世界上面积仅次于阿拉伯半岛鲁 卜哈利沙漠 (面积为 56 ×104 km2)的第 2大流动沙漠 。同时 , 塔 克拉玛干沙漠也是我国浮尘 、沙尘暴的主要源地之 一 [ 1] , 这里年平均出现浮尘天气 80 d, 而沙漠周边 的和田地区年平均浮尘日数高达 232 d[ 2] , 发生期 可跨越整个春夏季 节[ 3] 。 因而 , 面积如此 巨大 、地 理环境极其复杂严酷的塔克拉玛干沙漠对我国西北 干旱区的气候变化和生态环境有着重要影响 。
80 m观测塔梯度探测系统的探测仪器均采用 国际公认的先进探测传感器 。 风速 、风向 、温度 、湿 度传感器都产 自芬兰 VAISALA公 司 ;型 号分别为 WAA151、 WAV151、 QMH102 (HMP45D)、 QMH102 (HMP45D)。 安装之前所有仪 器都经过校准 , 达到 厂家提供的如下精度 :风速在 0.4 ～ 60 m/s时测量 精度 ±0.17 m/s;风向在 0 ～ 360°范围内时 , 精度优 于 ±3°;温度在量程为 -40 ～ +60 ℃内精度为 ±0. 2 ℃;湿度传感器在 20 ℃时为 ±2%(0% ～ 90%RH 范围内 )和 ±3%(90% ～ 100%RH范围内 )。大气
4月 2日是塔中 2006春季 (4 ～ 5月 )唯一的 1 次阴天天气 (包括夏季 6、7、8月也未出现过阴天 )。 在这天前后各 2 d都是微弱浮尘夹杂扬沙天气 , 但 云量较大 。因此 , 本文选取 4 月 2日代表塔中春季 的阴天天气 。 根据塔中气象站地面基本气象要素自 动观测资料 , 该天地面基本气象要素值分别如下 :4 次地面定时观测时 (02、08、14、20时 , 北京时间 , 下 同 )的总云量都为 10-。 最小能见度 12 km。 2 min 平均风速 1.2 m/s, 10 min平均风速 1.1 m/s, 最大 风速 6.4 m/s, 瞬时极大风速 9.1 m/s;日平均气温 14.0 ℃, 最高气温 22.5 ℃, 最低气温 5.3 ℃;日平 均相对湿度 11%, 最低 5%。
变 ;因而 , 大部分时次的风速值和风速梯度随高度的 分布不满足对数规律 , 只有在前半夜时才满足该规 律 。 并且后半夜风廓线在 4 m和 10 m高度存在拐 点。
阴天天气时 , 夜间 (20:00 ～ 10:00)和白天 (10: 00 ～ 20:00)风速廓线分布特征相 差也很大 。 夜间 近地层风速值随高度增高而增大 , 但廓线似乎不满 足风速梯度随高度增高而变小的对数律关系 。白天 在近地层 10 m以上风速值随高度增高变化很小 ;10 m以下高度 , 廓线满足风速值随高度增高而增大 , 风 速梯度随高度增高而变小 。风速值 、风速梯度和风 速值变化的幅度 , 夜间均大于白天 。
收稿日期 :2007 -04 -16;改回日期 :2007 -05 -21 基金项目 :干旱气象科学研究基金项目 (IAM200601);中国沙漠气象科学研究基金项目 “塔克拉玛干沙 漠近地层大气垂 直结构特征分析 ”
(sqj2005001);江苏省气象灾害重点实验室基金项目 (KLME050103);新疆气象局项目 “塔克拉玛干沙漠感热 、潜热 、CO2 通量初 步研究 ” (C2006005)联合资助 作者简介 :李祥余 (1981 -), 男 , 湖北阳新县人 , 新疆大学资源与环境科学学院在读 硕士研究生 , 主 要从事气候与 环境方面研究 .E-mail: lixiangyu108108@ 通讯作者 :何清 , E-mail:qinhe@
2期
李祥余等 :塔中春季阴天近地层风速 、温度和湿度廓线特征分析
23
规律 。
1 资料和方法
1.1 数据来源和 80 m梯度探测系统概况 文中利用目前世 界上唯一深入流 动沙漠腹地
200 km以上的塔克拉玛干沙漠腹地大气环境观测 实验站 ———塔中气象站 (39°00′N, 83°40′E, 海拔高 度 1 099.3 m)80 m观测塔梯度探测系统最新探测 的资料 , 分析了 2006年 4月 2日塔克拉玛干沙漠腹 地阴天天气时近地层风速 、温度和湿度廓线分布特 征。
中温度和湿度传感器都采用了防辐射和通风措施 。 三维超声风速仪 产自英国 GILL公司 , 型 号为
R3 -50, 探测 u、v、w三维风速和声速 。 风速量程为 0 ～ 45 m/s, 最高分辨率为 0.01 m/s, 测量精度为低 于 ±1%实际风速 ;风向测量范围 0 ～ 360°, 最高分 辨率为 1°, 测量精度为 ±1°;CO2 /H2 O分 析仪产于 英国 ADC公司 , 开路系统 , 同步 CO2 /H2 O快速绝对 测量 。采样频率为 3 000 RPM(50 Hz)。 80 m观测 塔梯度探测系统数据采样频率为每 3 s一组 ;同时 还有分钟 、小时 (整点 )平均数据 , 文中采 用处理后 的 10 min平均数据 。 1.2 资料选取和地面气象要素状况
由于塔中 80 m梯度探测系统于 2006年 3月底 开始安装并试运行 , 所以选用 2006年 4月 1日零时 至 2006年 5月 31日 23时 2个月整的 80 m观测塔 梯度探测系统探测的近地层数据 , 代表塔中春季近 地层风速 、温度和湿度资料 。 这 2个月 61 d内共计 出现浮尘 45 d, 扬沙 21 d, 沙尘暴 5 d, 大风 3次 , 降 水量 0.5 mm。
第 25卷 第 2期 2007年 6月
文章编号 :1006 -7639(2007)-02 -0022 -07
干 旱 气 象
ARIDMETEOROLOGY
Vol.25 NO.2 June, 2007
塔中春季阴天近地层风速 、温度和
湿度廓线特征分析
李祥余1, 2, 3 , 何 清2 , 艾力 · 买买提明 2 , 李 帅2, 3 , 李红军 2 , 吴新萍4
24
干 旱 气 象
25卷
2 塔中春季阴天天气时近地层风速廓 线特征
图 1(a)、(b)给出了塔中春季 阴天 、晴天天气 时近地层平均风速廓线曲线 。 图 1(a′)、(b′)是近 地层 10 m内平均风速廓线放大图 。
如图 1(a)和 (b)所示 , 阴天天气时风速廓线分 布规律与晴天的差异悬殊 。 晴天 , 由于日夜大气层 结的不同使得夜间和白天风速廓线分布规律差异很 大 。总体上 , 晴天近地层夜间风速值随高度增高而 增大 , 风速值 、风速梯度和风速值变化的幅度 , 夜间 均大于白天 。白天风速值在近地面 10 m以下随高 度增高而增大 , 10 m以上风速值随高度增高几乎不
据塔中气象站从 1996年 7月份有气象记录以 来至 2005年 12月 10 a间 , 地面气象要素年平均值 及 10 a内 4月份地面气象要素月平均值见表 1。
表 1 1996 ～ 2005年 塔中地面气象要素平均值状况 Tab.1 Themeanvaluesofgroundmeteorologicalelementsin10 yearsfrom 1996 to2005 inthe
(1.中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室 , 甘肃 兰州 730020;2.中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所 , 新疆 乌鲁木齐 830002;3.新疆大学资源与环境科学学院 , 新疆 乌鲁木齐 830046; 4.且末县塔中气象站 , 新疆 且末 841000)
摘 要 :利用塔中最新安装的 80 m梯度观测塔探测系统采集的 资料 , 详细分析了 2006年 4月 2日 1 次阴天天气时 塔克拉玛干沙漠腹地近地层风速 、温度和湿度廓线演 变特征 , 并与典型晴天廓线做了对 比 , 得到以下结果 :(1)阴天 , 夜间风速廓 线风速 值随高 度增高 而增大 , 但不 是以对 数增长 , 而是 以比 对数关系更快 的速度增长 ;白天 , 风速很小 , 近 地层 10 m上下廓 线分布 规律各 异 ;(2)温度廓线 有夜 间辐射型 、早上过渡型 、白天日射型及傍晚过渡型 4种类型 , 与晴天 类似 ;(3)比湿 廓线存在一 个极小 值 , 其出现高度以上比湿随高度增加而增加 , 廓线呈逆湿特 征 , 极 小值出现高 度以下比 湿随高度 减小 而增加 。 关键词 :塔克拉玛干沙漠 ;气象要素 ;比湿 ;逆温 ;逆湿 ;拐点 中图分类号 :P42 文献标识码 :A
气象学第三章 温度
2、陆地温度升降变化大，海洋升温和冷却都较慢，日、年较差都比 陆地小。“海洋好像大气热量的存储器和调节器”
第三节 水体温度
时间变化
二、水体温度的变化
日变化 最高温度出现在午后15～16h，最低温度出现在日出后的2～3h内。
第二节 土壤温度
土壤温度日变化
二、土壤温度的变化
温度 ℃
55
50
45
40
35
30
25
20
15
1 4 7 10 13 16 19 22
☆土壤温度日较差随深度的增加而减小。
地面 5cm 10cm 15cm 20cm
时间 1
☆土壤日最高、最低温度出现的时间随深度的增加而滞后。
（土壤深度每增加10厘米，位相落后2.5 -- 3.5小时）
位相(phase)：温度最高值与最低值（极值）出现的时间 ，也 称相时。
第二节 土壤温度
二、土壤温度的变化
地面温度和热量收支的关系
一般，地面最高温度出现在 （13时左右）
最低温度出现在
（将近日出时）
一天中地面最高温度、地面最低温度出现在地面热量 收支相抵（平衡）的时刻。
地面温度变化与地面热量收支示意图
结论：当其他条件相同时，导热率大的土壤，表层土壤温度变化小。
影响因子：
土壤含水量 含水量大，导热率大
土壤孔隙度 孔隙度大，导热率小
土壤成分 导热率（W/（㎝·℃））
土壤矿物质 土壤有机质
水 空气
0.0293 0.01997 0.00628 0.0002093
新疆百里风区风廓线观测分析
新疆百里风区风廓线观测分析王敏仲;何清;魏文寿;赵勇;张广兴【摘要】利用2009年3月25日至4月8日在新疆百里风区十三问房气象站观测取得的风廓线资料,分析了该地区低空风场的平均日变化、逐日变化以及强风天气条件下大气风场特征.研究表明:①十三间房地区观测期间纬向风主要盛行西可风气流,经向风以北风为主,在大风天气条件下经向北风气流明显大于同时间纬向西风气流.②受七角井山口狭管效应的影响,该地区1500 m高度以下水平风速总体大于其上风速.③日,夜平均廓线分析表明,夜间风速大于白天,但二者随高度的变化趋势基本相同,1500 m以下,水平风速随高度的升高旱减小趋势,1500 m以上,随高度升高呈增大趋势.④Airda3000Q型边界层风廓线雷达可获得时间和空间分辨率较高的风场资料,通过分析其探测到的水平风廓线资料,可清晰地监测大风天气的发生和变化过程.【期刊名称】《气象科技》【年(卷),期】2010(038)005【总页数】6页(P640-644,后插6)【关键词】新疆百里风区;风廓线雷达;大气风场【作者】王敏仲;何清;魏文寿;赵勇;张广兴【作者单位】中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所,乌鲁木齐,830002;新疆塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站,塔中,841000;中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所,乌鲁木齐,830002;新疆塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站,塔中,841000;中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所,乌鲁木齐,830002;中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所,乌鲁木齐,830002;新疆塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站,塔中,841000;中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所,乌鲁木齐,830002【正文语种】中文【中图分类】P4兰新铁路是新疆境内通往中国其他省区的唯一铁路通道。
近50年来，该线著名的“百里风区”给铁路运输带来极大的危害。
每年春季，吐鲁番盆地增暖引起的减压和山北冷空气南下造成的加压，常导致天山南北气压梯度增高，风速加大，形成了红旗坎至了墩间约100 km的受风带，最大风速可达64 m/s，是12级风底限值的近两倍［1］。
北京夏季灰霾天臭氧近地层垂直分布与边界层结构分析_修天阳
第 33 卷第 2 期 2013 年 2 月
环 境 科 学 学 报 Acta Scientiae Circumstantiae
Vol． 33 ， No． 2 Feb． ， 2013
． 环境科学学报， 33 （ 2 ） ： 321-331 修天阳， 孙扬， 宋涛， 等． 2013． 北京夏季灰霾天臭氧近地层垂直分布与边界层结构分析［J］ Xiu T Y， Sun Y， Song T，et al． 2013． The vertical distribution of ozone and boundary layer structure analysis during summer haze in Beijing［J］． Acta 33 （ 2 ） ： 321-331 Scientiae Circumstantiae，
1
引言（ Introduction）
本研究着眼 气象塔气象资料进行了分析． 基于此， 除进， 还结 常规的气象条件与污染物浓度变化分析之外 ， 合后向轨迹模型分析高层 O3 的区域传输来源． 同 时， 使用量化方法分析残留层 O3 体积分数 （ φ （ O3 ） ） 对次日 O3 污染影响， 并结合激光云高仪进行可视化 的近地层结构变化分析． 2 观测实验（ Observation experiment）
Abstract ： We observed the ozone profile and atmospheric boundary layer physical parameters from August 1 ， 2009 to August 16 ， 2009 ， in the 325 meters meteorological tower in Beijing． Four layers observation platform for ozone profile were distributed in 8 m， 47 m， 120 m and 280 m，and 15 layers for the atmospheric temperature，humidity，wind speed，and wind direction from the ground to 320 m high． Ceilometer CL31 was used to provide information on the particles backscatter properties of the atmosphere in 2． 5km height． By investigating ozone profile data，boundary layer physical parameters，the synoptic analysis，back trajectory analysis and photochemical smoke production model，the inter- and intrarelationship of the observation data was comprehensively analyzed． It was concluded that when Beijing area was controlled by northwest trough of low pressure in the summer，the low level atmospheric diffusivity was weak， favoring photochemical reaction and haze pollution． When pollution was formed，the highest groundlevel hourly φ（ O3 ） in the daytime can reach up to 120 × 10 － 9 and φ（ O3 ） can reach 155 × 10 － 9 on 280 meters． West or northwest wind normally brought clean air mass and was helpful in removing pollutants in Beijing，while the airflow from southwest or south aggravated photochemical pollution in Beijing，leading to regional haze． During the stable weather conditions，the bigger difference of φ （ O3 ） level between residual layer and the ground，the higher base level of photochemical generation in next day． This showed that O3 in residual layer was rolled into the ground that influenced the ground air quality during mixing 基金项目： 国家自然科学基金（ No． 41175107 ） Supported by the National Natural Science Foundation of China （ No． 41175107 ） Email： xiuty@ cma． gov． cn； * 通讯作者（ 责任作者） ， Email： suny@ mail． iap． ac． cn 作者简介： 修天阳（ 1978 —） ， 女， Biography： XIU Tianyang（ 1978 —） ， female， Email： xiuty@ cma． gov． cn； * Corresponding author， Email： suny@ mail． iap． ac． cn
chapter4大气边界层
有
Hale Waihona Puke u g f ( , u* , z , , * ) 0 z u a g d b c ( ) u* z ( ) (* )e z 1 a L b c L d ( ) ( ) L ( 2 ) ( K )e T T T K T a b 2 d Lb c d K d e C
同理得到近地层风速、温度和湿度的无量纲化微分形式的 普适廓线方程
kz u z =（ ）， m u* z L
kz z = （ ）， h * z L
w K h z
kz q z =（ ） q q* z L
q wq K q z
u 应用K理论 uw K m z
d zF z dz
h 0
F z dz
h 0
其中，h为植物群体平均高度； F z 为平均拽力；平均曳力与植被密 度和风速有关。 Kustas et al(1985)在Thom研究的基础上进行了一系列简化，认为地 表的零值位移d 值主要决定于植物高度，随植物密度变化关系不明显， 他建议如下表达式
2. 近地层廓线规律
在第三章中，得知湍流切应力为 定义一个具有速度量纲的非负常数 表达式如下
(uw vw)
u* ，称为摩擦速度
2 2 1/4 u* [(u w ) (v w ) ]
同样定义一个具有温度（湿度）量纲的常数 称为特征温度、特征湿度，表达式为
u* dz 1 （ m ） 得到du = [ d ] k z 求积分
u
0
u* z dz du [1 （ ） ]d ln m 0 k z0 z
第一章 大气边界层与边界层气象学研究
T ：实测的温度
e、P ：当时的水汽压、大气压
Tv > T
密度：水蒸汽 < 干空气 浮力：未饱和湿空气 > 干空气
绝对温度T
<
虚温Tv
3. 虚位温 θ v ：液态水比空气的密度大，这样，有云 的气块浮升就比相应的无云气块浮升要小，气块中悬 浮的云滴会引起虚位温的降低。对于饱和空气而言 （存在云的情况下），定义虚位温θv为：
森林-10月14日 Qe<Qh
6:00 12:00 18:00 0:00
Qs：太阳辐射 Qh：显热通量 Qe：潜热通量 Qg：土壤热通量
3 低层大气温度
气温垂直分布三种情形： ① 气温随高度递减 ② 气温随高度基本不变 ③ 气温随高度逆增
温度垂直梯度的大小与太阳辐射、云况、 风速和土壤热性质有关，具有明显的日变化。
Ro U fL
惯性力 f ：柯氏参数 （地转偏向力）
柯氏力
Ro大柯氏加速度影响小，风切变（旋转所致）的影响 可不计。Ro趋向无穷大Ro自行满足
Ro≤1，柯氏力影响较大，地球旋转作用不可忽略
1.5 相似性参数
3. 弗罗德数（Fr）相似性
Fr U
2
惯性力 g ：重力加速度
gL
重力
Fr大（>>1），重力影响小 Fr小（≈1或<<1），重力影响大，不可忽略
u
u
) 0.5
1.5 相似性参数
• 物理实验（风洞、水槽等）中，为保证得 到正确结果而且与实际大气系统可比较， 则需要满足相似性条件 • 几何相似 • 运动学相似 • 动力学相似 • 热力学相似 • 边界条件相似
重庆主城区大气层结特征及与空气质量关系分析__
第38卷第9期西南师范大学学报(自然科学版)2013年9月V o l.38N o.9J o u r n a l o f S o u t h w e s t C h i n aN o r m a lU n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c eE d i t i o n)S e p.2013文章编号:10005471(2013)09012806重庆主城区大气层结特征及与空气质量关系分析①王中,林娜重庆市人工影响天气办公室,重庆401147摘要:利用L波段探空雷达数据和地面气象观测资料,统计分析了重庆市主城区大气层结特征及其与空气质量的关系,结果表明重庆主城逆温比例很高,各月均有逆温存在,而且有明显的日㊁月和季节变化;近地层的相对湿度较大,冬季高于夏季,在近地层到2000m间存在有逆湿现象;近地层盛行偏东风,风速较小;大气以中性层结占主导地位,而且冬季的混合层厚度较薄;高逆温逆湿频率㊁低风速㊁多中性层结和较薄的混合层是造成重庆主城冬季空气质量较差的主要气象因素.关键词:城市;大气边界层;层结;空气污染中图分类号:P49;X51文献标志码:A离地面1~2k m左右的大气边界层是人类生活和生产活动的主要空问,地气之间相互作用主要是发生在这里,人类活动引起的生态失衡㊁环境恶化以及气候变化和天气㊁气候异常等无一不是与大气边界层中发生的物理过程㊁化学过程和生态过程等密切相关[1].在城市地区,边界层特性在两个方面的问题中备受关注,一是大气环境或空气污染问题,二是城市热岛问题[2].在国内迅速发展的大城市中,对大气边界层结构和特性的研究日益受到重视.北京自建立325m气象塔等大气边界层综合观测系统后,以中国科学院大气物理研究所为代表的研究者们在大气边界层和大气环境领域做了大量的工作,取得丰硕的成果并发表了大量的论著[1].他们主要从大气边界层的结构特征㊁动力和热力交换㊁空气污染关系等诸多方面进行了研究和数值模拟[3-15],城市空气质量日益受到人们关注[16],这些研究成果为现代城市健康㊁科学地发展等提供了科学依据.上述研究大部分是基于大的科研项目,拥有较为完备的专用观测设备,而由于观测资料等的局限,我国其它大部分城市对大气边界层的研究较少,特别是西南地区.气象部门过去所使用的59-701雷达探空技术在边界层探测方面较欠缺,而目前所使用的L波段探空雷达技术,正好弥补了上述缺陷[17].L波段探空系统是我国自主研制的新一代探空系统,它由二次测风雷达和G T S I型数字电子探空仪配合探测,能够对从地面至30k m大气层的气压㊁温度㊁湿度㊁风向㊁风速5个气象要素进行综合探测.它具有探测精度高㊁采样速率快㊁使用方便等特点,实现了高空气象探测仪器的数字化和自动化[18].重庆市位于四川盆地东部,是我国西南地区的大都市,主城区地形地貌复杂,重庆市作为老工业基地,工业对重庆经济的发展起着举足轻重的作用.工业污染是导致重庆环境污染损失的重要原因[19-20],其大气边界层对城市的影响使其在创建 国家环境保护模范城市 目标中具有特殊的难度.本文拟对重庆主城区大气边界层的特征及其与空气质量指数关系进行分析,从而为重庆 创模 提供参考依据,具有重要的意义. 1资料说明重庆L波段探空雷达探空业务系统于2004年建成,位于主城范围的沙坪坝区气象局,每日02时㊁08①收稿日期:20120712Copyright©博看网. All Rights Reserved.基金项目:重庆市气象局业务攻关资助项目(y w g g-201207).作者简介:王中(1968),男,重庆人,高级工程师,主要从事气象灾害研究.时和20时三次观测,垂直分层最密可以每升高7m 获取一套数据.但由于02时的观测仅有风的资料,因此下面的分析主要基于08时和20时㊁垂直分层为从地面开始每50m 间隔的数据.地面气象观测数据同样为沙坪坝区气象局每日02时㊁08时㊁14时和20时四次观测的气象资料.二者资料年代均为2005-2010年.2 温度的垂直结构特征2.1 逆 温在低层大气中,通常情况下气温随高度的增加而降低.但有时在某些层次可能出现相反的情况,气温随高度的增加而升高,这种现象称为逆温.出现逆温现象的大气层称为逆温层.当出现逆温时,下面的空气冷而重,而上面的空气热而轻,下重上轻,是一种很稳定的状态,因此下面的空气不容易上升,上面的空气也不容易下沉,从而不利于气流的垂直运动.由于逆温而造成的天气异常变化,对人们生产㊁生活影响很大,甚至给人们的生命财产带来极大危害,例如空气污染㊁强对流天气等[21-22].图1是重庆主城逆温月平均出现频率情况,从图中可以看出重庆主城:(1)逆温比例很高,各月均有逆温存在,最低频率在30%以上(7月),最高可达95%(1月);(2)逆温比例有明显的日变化,4-9月夜间出现逆温的频率明显高于白天,就其原因主要是白天地面在阳光的照耀下,地面将部分热量辐射出来加热了低层大气,这样离地面愈近的大气获得地面的热量愈多,温度也愈高,离地面愈远则温度愈低,而在晴朗无云或少云的夜间,地面不断向外放出辐射能量而冷却,贴近地面的空气层也随之降温.由于愈靠近地面的空气受到地表的影响愈大,所以离地面愈近降温愈多,离地面愈远降温愈少,其余月份白天与夜间基本相当,仅在1月和11月的夜间略高;(3)逆温比例有明显的季节变化,冬半年逆温比例大于夏半年逆温比例,主要原因是夏季重庆受太阳照射时间长㊁强度大,地面接收的热量多,辐射到近地层的热量就多,从而造成大气边界层的气温高,不易出现逆温现象,而冬半年刚好相反.图1 重庆主城逆温月平均出现频率图2 重庆主城月平均逆温强度 统计表明,重庆主城有多层逆温出现的现象.如果将逆温层底小于100m 的逆温统计为接地逆温,则重庆主城逆温中有40%左右为接地逆温,除11㊁12月外,其余月份08时出现接地逆温的概率较20时大,特别是春夏季.将有逆温存在日的最强逆温层的温度差除以逆温层厚度可以得到逆温强度值(图3).结果表明重庆主城逆温强度平均在0.85ħ/100m 左右,其中冬季超过1.0ħ/100m ,1月夜间可达1.3ħ/100m 以上.单日最大逆温强度值曾达到7.9ħ/100m.将单日最强逆温层的厚度平均计算得到重庆主城逆温厚度月平均(图4).重庆冬季逆温层的厚度明显最大,可达1000m 以上,其中1月份的厚度超过1300m ,夏季最薄,夜间与白天差别不大.2.2 零度层高度零度层是指温度为0ħ时的气层,在天气预报㊁气候分析㊁人工影响天气㊁航空等领域得到广泛关注,是一个非常重要的参考指标,-5ħ~-10ħ左右是人工增雨时播撒催化剂的最佳温度,而对航空飞行,在水汽条件较好时,此温度下飞行器易出现结冰现象而影响安全.图4是0~-5ħ高度月平均变化图.其变化为单峰型,即冬季低,夏季高,夏季在4000m 以上,7月份最高,可达到5000m 以上,而冬季的1031西南师范大学学报(自然科学版) h t t p ://x b b jb .s w u .c n 第38卷Copyright ©博看网. All Rights Reserved.月最低,仅在1500m 左右.由于白天的增温作用,20时的高度明显较08时高,特别是冬季.图3 重庆主城逆温厚度月平均图4 重庆主城零度层高度月平均变化3 相对湿度的垂直结构特征相对湿度表征的是空气的潮湿程度.从重庆主城相对湿度(%)的月平均垂直变化统计结果看(图5),(1)重庆主城近地层的相对湿度较大,1000m 高度附近仍然在80%左右,相对湿度小于50%的高度冬半年在4000m 以上,夏半年在5000m 以上,特别是6月份在5000m 附近相对湿度还在70%左右;(2)早间的相对湿度普遍大于夜间,主要是因为白天温度较夜间高,水蒸发得快,同时也与重庆多夜雨有关;(3)近地层相对湿度冬季大于夏季,因而给人的感觉是重庆冬季阴冷潮湿;(4)相对湿度在垂直方向上有逆湿现象,即本是随高度的增高相对湿度应减小,但在某些高度存在随高度的增高相对湿度也增大的现象,这种现象一年四季都存在,尤以夏季的傍晚最为明显,主要出现在近地层到2000m 间,最厚可达2500m.4 风的垂直结构特征统计重庆主城上空风向频率和风速表明:在1000m 以下的近地层由于受山区地形的影响,除7㊁8月为偏南风外,其余月份基本上以偏东风为主,风速在2m /s 以下;1000~2000m 为偏南风,除6-8月风速在5m /s 左右,风速相对较大外,其余月份为3m /s ,风速较小;而3000m 以上夏季多为西南风,这与重庆夏季主要受副热带高压西侧偏南气流的影响有关,其余季节盛行偏西风.夏季从底层到高层风向一致,可以加大上下气层间动量和热量的输送,增强湍流运动,有利于空气的交换,从而利于空气中污染物的扩散,是重庆夏季空气质量较好的原因之一,冬季正好相反.图5 重庆主城相对湿度(%)月平均垂直变化曲线图(细线为08时,粗线为20时)图6 重庆主城月主导风向及平均风速时间空间分布5 层结特征与空气质量关系重庆主城区空气污染除与污染物排放总量㊁能源结构㊁环保投入等因素有关外,还与其地理和气象条131第9期 王 中,等:重庆主城区大气层结特征及与空气质量关系分析Copyright ©博看网. All Rights Reserved.件有较大的关系[21].重庆主城区被中梁山和铜锣山㊁南山等山脉分隔,长江㊁嘉陵江交汇穿城而过,属于典型的山区河谷地形,地形复杂.地面风场受河谷地形影响,近地层风速较低且各向差异较小,年均在1.5m /s 左右,而且静风频率较高,年均25%左右;混合层较低,逆温频率高;雾日多,平均每年雾日约100d .这些特有的地理和气象条件不利于大气污染物的扩散,在相同的污染物排放量情况下,与其他平原及沿海城市相比大气污染势必更加严重[23].有研究表明,重庆主城区空气质量夏季最好,春季次之,秋季较差,冬季最差[24],其首要污染物为可吸入颗粒物(简称P M 10),从其日变化看,浓度较高的时段出现在中午和深夜,中午浓度高主要是由于从上午开始人类活动增大,污染物的排放量增大,而早间7时和下午17时左右是全天浓度较低的时段,从天气原因分析是重庆有 巴山夜雨 的现象,即在早间(5-8时)易产生降水,下午到傍晚一般易出现对流天气,利于污染物的沉降或扩散,而夜间慢慢出现逆温,污染物容易堆积,由于图7是全年的情况,其实还存在季节的差异.图7 重庆主城区P M 10浓度全年(2011年)逐时变化图8 重庆主城空气质量与温度要素关系统计结果表明,重庆主城区空气污染日(A P I ȡ100)主要出现在冬季,特别是11㊁12月,从图8中可以看出,夏季由于逆温频率低㊁逆温厚度小,零度层高度高㊁大气上升运动强,出现空气质量差的日数极少,而冬季刚好相反.5.1 混合层厚度特征与空气污染边界层中的空气由于地受地面摩擦或热力作用的影响,在某个高度的稳定层下会出现显著的垂直混合,形成混合层,其厚度就是混合层厚度.它表征了污染物在垂直方向被热力湍流稀释的范围.大气混合层厚度是反映污染物在铅直方向扩散的重要参数,也是影响大气污染物扩散的主要气象因子之一.大气混合层厚度越大,就越有利于污染物的扩散和稀释[23]按照国标G B /T 384091中的规定,利用重庆主城区的地面气象观测资料来计算重庆主城区大气边界层内的混合层厚度.混合层厚度的日变化表明,在重庆主城区夜间混合层厚度较薄,仅300m 左右,而且月际间波动不明显.而白天由于天气对流活动较夜间强,因而其混合层厚度较大,特别是在中午前后为一天中混合层厚度最厚的时段,最厚在3000m 以上,由于混合层厚度愈大,稀释作用愈强,地面污染物浓度愈低,这为污染物排放时间的选择提供了依据,即一般排放时间宜选在白天.夜间和清晨混合层厚度薄,大气稀释能力弱,污染物易在近地层堆积,故应减少夜间排污量.混合层厚度在白天的月际变化也非常显著,夏半年较厚,其中以7月为最,14时月均在1200m 左右,231西南师范大学学报(自然科学版) h t t p ://x b b jb .s w u .c n 第38卷Copyright ©博看网. All Rights Reserved.而冬半年较薄,14时仅在700m 左右.这种变化反映了大气扩散稀释能力的季节变化;夏㊁春两季大气扩散稀释能较强,污染物易于排散,冬㊁秋两季大气扩散稀释能力差,尤其冬季更差,污染物不易较快扩散,容易在低层堆积造成污染[26].降水对空气污染有明显的净化作用,通过人工增雨作业,可以有效地改善重庆主城区的空气质量[27].5.2 稳定度特征与空气污染大气稳定度的性质,反应了边界层大气的对流活动状况,也是表征大气污染物扩散潜势的一个重要物理量.按照国标G B /T 384091中的规定计算结果表明,在重庆主城区夜间边界层大气基本上都处于中性或稳定层结,早上08时左右以中性层结为主,夏半年也有20%~40%的时间出现不稳定状况,而中午14时左右的稳定层结状况较少,中性和不稳定层结占绝大部分,这与每天大气活动规律一致.主要是由于在白天太阳高度角增大,辐射强度增强,地面温度逐步升高,乱流也随之增强,使不稳定不断增长.到14时地面温度接近最高,乱流也最强,所以此时段大气最不稳定.从全天总体看是重庆主城区大气以中性层结占主导地位(平均60%左右).从季节变化看,重庆主城区不稳定层结主要在夏季,较有利于大气污染物的扩散,这与重庆夏季辐射强㊁高温㊁多雨有关;而重庆主城区由于冬季云层厚,多阴天,太阳辐射等级弱,因而主要为中性和稳定层结,不利于大气污染物的扩散.但从近几年的各月总体变化看,重庆主城区不利于大气污染物扩散的层结(中性和稳定)百分率有下降的趋势,表明重庆主城区空气质量有缓慢转好的天气条件.6 结 语通过以上的统计分析,可以得到以下结论:1)重庆主城区逆温比例很高,各月均有逆温存在,而且有明显的日㊁月和季节变化,有多层逆温出现的现象,逆温强度平均在0.85ħ/100m 左右,其中冬季较强,冬季逆温层的厚度可达1000m 以上,零度层高度在冬季可低至1500m 左右;2)近地层的相对湿度较大,早间普遍大于夜间,冬季高于夏季,在近地层到2000m 间一年四季都存在有逆湿现象,逆湿厚度高的可达2500m ;3)近地层由于受山区地形的影响盛行偏东风,风速较小,3000m 以上夏季多为西南风,,其余季节盛行偏西风;4)从全天总体来看,重庆主城区大气以中性层结占主导地位(平均60%左右),由于冬季重庆主城区云层厚,多阴天,太阳辐射等级弱,因而主要为中性和稳定层结,不利于大气污染物的扩散而且冬季的混合层厚度较薄,污染物不易较快扩散;5)高逆温逆湿频率㊁低风速㊁多中性层结和较薄的混合层是造成重庆主城冬季空气质量较差的主要气象因素.参考文献:[1]胡 非,洪钟祥,雷孝恩.大气边界层和大气环境研究进展[J ].大气科学,2003,27(4):712-728.[2] 张 鑫,蔡旭晖.柴发合.北京市秋季大气边界层结构与特征分析[J ].北京大学学报:自然科学版,2006,42(2):220-225.[3] 胡 非.大气边界层的一些空气动力学特征[J ].力学进展,1990,20(3):328-340.[4] 徐阳阳,刘树华,胡 非.北京城市化发展对大气边界层特性的影响[J ].大气科学,2009,33(4):859-867.[5] 张 强,张 杰,乔 娟.我国干旱区深厚大气边界层与陆面热力过程的关系研究[J ].中国科学:地球科学,2011,41(9):1365-1374.[6] 胡 非,李 昕,陈红岩,等.城市冠层中湍流运动的统计特征[J ].气候与环境研究,1999,4(3):252-258.[7] 刘辉志,洪钟祥.北京城市下垫面边界层湍流统计特征[J ].大气科学,2002,26(2):241-248.[8] 李家伦,洪钟祥,孙淑芬.青藏高原改则地区大气边界层特征[J ].大气科学,2000,24(3):301-312.[9] 卞建春,乔劲松,吕达仁.大气近地层湍流能谱特征的再分析[J ].大气科学,2002,26(4):474-480.[10]胡 非.大气边界层湍流涡旋结构的小波分解[J ].气候与环境研究,1998,3(2):97-105.331第9期 王 中,等:重庆主城区大气层结特征及与空气质量关系分析Copyright ©博看网. 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气象题库——精选推荐
选择题1．气温日较差随纬度变化地特点______。
A．随纬度的增高先减小后增大B．随纬度的增高先增大后减小C．随纬度的增高而减小D．随纬度的增高而增大2.气旋常生成在_______。
A．锋面上B．高空锋区的下方C．海面上D．冷暖气团之间3．高空急流云系多出现在急流轴的_______并随风漂移。
A．低压一侧的下方B．高压一侧的下方C．左下方D．垂直方向4．常以______作为判断锢囚锋形成与否的标志。
A．冷空气被抬离地面B．暖空气被抬离地面C．移动速度减慢D．移动速度加快5．火山灰可长时间地停留在______对高空飞行造成长期影响。
A．对流层顶B．平流层C．中层D．热层6．能见度常因视程障碍现象如_________的出现而变坏。
A．雾、霜、霾、浮尘等B．雾、雨、霾、风沙等C．雾、烟、霾、沙暴等D．雾、逆温、霾、扬沙7．有组织的多单体雷暴中处于新生期的雷暴多位于雷暴群体的_______ 。
A．左侧B．中部C．右侧D．无确定位置8．当云中温度_____而云下温度高于0℃时，云内水凝物降落形成空中是雪而地面为雨的现象。
A．高于4℃B．高于0℃C．低于0℃D．低于－4℃9．海陆风规律是______。
A．白天近地层的风由陆地吹向海洋，夜间由海洋吹向陆地B．白天近地层的风由海洋吹向陆地，夜间由陆地吹向海洋C．白天由高压吹向低压区，夜间由低压吹向高压区D．白天由低压吹向高压区，夜间由高压吹向低压区10. 对流层大气热量的直接来源主要是______。
A．干空气吸收太阳辐射B．水汽吸收太阳辐射C．空气吸收地面辐射D．臭氧吸收太阳紫外线辐射11. 气块作水平运动和垂直运动时，其温度变化的主要方式分别是______。
A．绝热变化、非绝热变化B．绝热变化、绝热变化C．非绝热变化、非绝热变化D．非绝热变化、绝热变化12. 为了使在航线上飞行的飞机都有相同的零点高度，应该按______来调整高度表。
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航海气象学与海洋学
1.何谓气团？简述极地气团和热带气团的主要天气特征。
气团是大范围内物理属性（温度、湿度、稳定度）相对均匀的大块空气。
极地大陆气团夏季多云冬季寒冷干燥天气晴朗，极地海洋气团夏季多云冬季阴天或多云有时会出现降水，热带大陆气团炎热而干燥，热带海洋气团晴热。
2.何谓冷气团？简述冷气团的主要天气特征。
冷气团：气团温度低于流经地区下垫面温度，或比所遇气团温度低。
静态：冷气团一般形成干冷天气动态：不稳定天气：从源地移向暖区（低纬度）时，使所经之地变冷，而本身低层迅速增温，稳定度减小，对流易发展，可能发展成不稳定天气，变性快。
夏季：积云或积雨云，阵性大风、阵性降水或雷暴；（水汽较多=冷气团多来自海洋）。
冬季：晴天多，夜间可形成辐射雾；（水汽较少）。
一般，气温、风等要素有明显日变化，低层能见度较好。
3.何谓暖气团？简述暖气团的主要天气特征。
暖气团：气团温度高于流经地区下垫面温度，或比所遇气团温度高。
暖气团易形成云雨天气（丰富的水汽，气压低）。
从源地移向冷区（高纬度）时，使所经之地变暖，而本身逐渐冷却，稳定度增加，不利于对流发展，往往呈现出稳定性天气，变性慢。
常形成层云、层积云，下毛毛雨、小雨或小雪；有时形成平流雾，通常低层能见度较差，如果暖气团中水汽含量较少，天气就比较好。
4.简述暖锋的主要天气特征。
暖锋:暖气团起主导作用，推动锋面向冷气团一侧移动暖气团推动冷气团向前进。
坡度较小以稳定性天气为主。
云和降水：暖锋坡度较小，锋上暖空气沿锋面缓慢爬升，可以达到很高的高度。
若暖空气层结构稳定，水汽充沛，常在锋上产生广阔的层状云系和大面积的降水区。
气压和风。
气压锋位于低压槽中，船舶由锋前接近地面锋线时，气压下降，风向：北半球，锋前吹E～SE风，锋后吹S～SW风，暖锋过境时，风向作顺时针变化。
南半球，锋前吹E~NE风，锋后吹N~NW风，锋过境时，风向作逆时针变化，风力：一般锋前风力大于锋后。
5.简述冷锋的主要天气特征。
冷锋：冷气团起主导作用，推动锋面向暖气团一侧移动。
中尺度天气预报模式边界层参数化方案以及近地层方案对苏州东山冬季近地层气象要素模拟的影响
中尺度天气预报模式边界层参数化方案以及近地层方案对苏州东山冬季近地层气象要素模拟的影响贾文星; 姜海梅; 袁伟红; 曹乐; 王成刚【期刊名称】《《科学技术与工程》》【年(卷),期】2019(019)017【总页数】12页(P32-43)【关键词】WRF模式; 边界层参数化方案; 近地层方案; 近地层气象要素【作者】贾文星; 姜海梅; 袁伟红; 曹乐; 王成刚【作者单位】南京信息工程大学中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京210044; 苏州市吴中区东山气象站苏州 215107【正文语种】中文【中图分类】P435.2近年来，随着长三角城市群城市化水平的快速提升以及工业化的不断推进，长三角地区大气污染问题日益突出。
大气污染物的输送和扩散主要受地形条件和气象因子的共同作用。
太湖是长三角地区面积最大的湖体，湖体与陆地较大的热力差异不仅会影响低层大气的能量传输和辐射收支平衡，还会改变动量、热量以及水汽和污染物的交换，对边界层的结构和局地环流特征产生重要影响进而影响污染物的扩散[1—4]。
此外大量研究表明冬季的小风、逆温和高湿天气常发生重度大气污染事件[5—9]，在此类天气条件下，边界层湍流运动较弱，增加了数值模拟的难度[10—12]。
因此，比较和评估中尺度数值模式不同的边界层参数化方案尤其是冬季静稳天气条件下对太湖周边水陆非均匀下垫面大气边界层结构的模拟能力对于该地区的空气质量预报具有重要的科学意义。
WRF(weather research and forecasting)模式是当前应用最为广泛的中尺度气象模式之一。
WRF模式中，水平及垂直网格分辨率较粗(通常大于1 km)，无法直接计算次网格尺度的大气湍流运动，因而只能采用参数化方法来描述。
随着计算机技术与数值模拟技术的不断提升，WRF模式中边界层参数化方案不断更新。
目前WRF3.9模式中共有13种边界层参数化方案，不同的参数化方案之间的主要区别在于湍流闭合的方法不同，其中最常用的边界层参数化方案有YSU(Yonsei University)[13]、ACM2(asymmetric convective model version 2)[14,15]、MYJ(Mellor-Yamada-Janjic)[16,17]和BL(Bougeault Lacarrere)[18]等。
风资源评估中粗糙度长度计算方法的讨论
塔号 01003 13008 14004 21005 25002 31004
z0 u
z0
0.059900 0.894223 0.068805 0.127336 0.075516 0.014287
z0 （未使用
印痕方法） 0.024766 0.191926 0.048785 0.089571 0.017936 0.005818
F (x)=-
x
0
U (z-d) U (z-d) U (z-d) exp[]dx= exp[] 2 u*kx u*kx u*kx
（2）
其中，z 是测量高度，d 是零平面位移（本文不予考虑，视为 0） ，k 是卡曼常数，取为 0.4， u* 为摩 擦速度，x 是仪器上风方向的距离，U 为地表到观测高度之间的平均风速，由下式计算：
图 1 粗糙度长度随 F 的变化 图 2 给出粗糙度长度与风速的关系。可见，不同下垫面下，粗糙度长度随风速的变化规律并不 相同。01003 号塔、13008 号塔和 25002 号塔的粗糙度长度随风速的变化并不明显，其粗糙度长度基 本在 0.01m 到 0.1m 之间，这属于风工程上的 B 类地貌。21005 号塔在风速小于 10m/s 时粗糙度长度 随风速的增大而减小，风速大于 10m/s 时，粗糙度长度有随风速增大的趋势。14004 号塔和 31004 号塔的粗糙度长度随风速的增加而明显减小，不同风速计算出的粗糙度长度能相差数个量级。表 2 给出强风（风速≥17.2m/s）时计算出的粗糙度长度，可见，强风时计算出的粗糙度长度明显偏小， 这在强风样本较多的 31004 号塔表现得尤为明显。
S ( yi yi )2 /U
i 1
n