四川“8.11”暴雨的视热源和视水汽汇特征分析

基于NCEP再分析资料与WRF-ARW高分辨数值模拟资料,利用视热源和视水汽汇方程,诊断分析了2020年8月10~12日四川盆地一次暴雨过程的大气热力和降水特征。结果表明:暴雨发生初期,对流中低层聚集了大量水汽,为暴雨来临准备了丰富的水汽;暴雨强盛时期,视热源和视水汽汇在对流中高层显著增加,使得对流层中高层出现深厚的加热和加湿层,表明此次降水积云对流活跃,以对流性降水为主;暴雨发生发展过程,视热源和视水汽汇中垂直项起主要作用,充分说明了强烈的上升运动可以带来丰沛的水汽,有利于暴雨的发生发展。

青藏高原改则地区近地层通量观测研究

本研究利用首次对西藏西部改则地区大气边界层的湍流观测资料，分析了近地层动量、感热、潜热通量的变化情况，并对该地区能量收支进行了计算。最后，利用脉动资料计算了ＣＤ和ＣＨ值。

东亚西风急流变化与热带对流加热关系的研究

应用ＯＬＲ资料和高空格点资料，研究了东亚地区西风急流及其附近的纬向西风与热带地区对流加热场的关系。结果表明西风急流中心的季节变化是和热带加热场的季节变化紧密的联系在一起的。东亚地区的纬向西风强度的年变化与热带加热场的同期及前期状况也密切相关，这种关系可以作为预测我国江淮地区夏季梅雨的一个强信号。

青藏高原中部聂荣亚寒带半干旱草地近地层湍流特征研究

湍流运动是大气最基本的运动特征,是地气间能量物质交换的主要方式。利用2014年7月18日至8月31日青藏高原中部聂荣观测站的近地层湍流观测资料,分析了该地区近地层湍流统计特征以及近地层通量的日变化特征。结果表明:在不稳定和稳定层结下,风速分量归一化标准差σ_u/u_*,σ_v/u_*,σ_w/u_*与稳定度参数z/L满足相似理论的"1/3"定律,近中性条件下趋于常数,并表现为σ_u/u_*≈σ_v/u_*>σ_w/u_*;在不稳定层结下,温度、水汽密度和CO_2浓度归一化标准差σT/|T*|、σq/|q_*|和σ_C/|C_*|与|z/L|满足"-1/3"定律,在近中性层结下趋于常数,且明显大于青藏高原其他地区。湍流在风速0 m·s^(-1)<U<3 m·s^(-1)的环境中发展最为旺盛,垂直风分量的湍流强度较水平风分量更为集中,三个方向的湍流强度基本表现为I_u≈I_v>I_w。夏季潜热通量大于感热通量,CO_2通量的日变化以吸收为主,最强达到0.46 mg·m^(-2)·s^(-1)。

50°S以南海域的感热潜热通量的模式计算

应用美国宇航局Goddard地球观测系统（GoddardEarthObservingSystem简称GEOS）四维资料同化系统（DataAssimilationSystem简称DAS），计算和分析了50°S以南海域夏季的感热、潜热通量．结果表明，在50°S以南海域潜热通量都为正值，感热通量在大部分海域亦为正值，但在有些海域可出现负值．感热和潜热通量随纬向呈高值区和低值区交替分布，通量低值区与海表温度低值槽区往往相符．

中国西北干旱区戈壁下垫面夏季的热力输送

以敦煌戈壁站2004年6月和2008年8月的常规观测和超声观测为例,分析了西北干旱区戈壁下垫面夏季热力输送的一般过程及特征。首先评价了湍流通量的观测质量以及仪器观测的地表能量通量闭合问题,结果表明敦煌戈壁站的观测在白天总体较好。夏季地表能量通量的平均日变化显示,潜热通量整天都很小,可以忽略,白天到达地表的短波辐射以及地表向上的长波辐射非常强,地表净辐射主要转化为感热输送(敦煌戈壁站在中午时平均分别达380W·m-2以上和250W·m-2以上);夜间土壤释放热量以平衡地表的辐射冷却,感热通量略低于0。白天时地表大气经常触发自由对流活动,影响动量通量的观测质量,并有效输送地表热力至上层大气中,有助于形成超厚大气边界层。分析了戈壁下垫面的动量粗糙度特征和热力粗糙度特征(敦煌戈壁站动量粗糙度约为0.6mm),热力粗糙度基本小于动量粗糙度一个量级,这符合目前对干旱区戈壁下垫面热力输送特征的初步认识。

空气动力学方法在湍流通量计算中的误差分析

采用这代方法检验了在近地面层大气中使用空气动力学方法时，温度、湿度和风速梯度等观测误差对感热和潜热通量计算的相对误差。结果表明，在微风和低湿环境中，空气动力学方法的使用受到限制。

黑河实验区非均匀地表能量通量的数值模拟

利用三维非静力RAMS模拟研究了黑河实验区非均匀地表能量通量 ,模拟结果表明 :绿洲地表净辐射通量较沙漠戈壁大 ;绿洲及沙漠戈壁下垫面上的Bowen比分别为 0 .4和 4.0 ;夜间绿洲上整晚维持蒸发 ,并有负感热通量。模拟结果与测站实测结果及卫星反演值的对比研究指出 ,RAMS对绿洲下垫面潜热通量的模拟和对沙漠戈壁下垫面感热通量的模拟与实测基本一致。卫星遥感反演及数值模拟方法对净辐射的估算与实测较吻合 ,绿洲地表感热通量的卫星反演值较数值模拟结果更接近于实际 ,但潜热通量的模拟值则较卫星估算值更接近于实际 ;沙漠戈壁地表则是感热通量的模拟值较卫星反演值更接近于实际。上述分析为今后结合卫星遥感改进RAMS陆面过程参数化 。

黄河源高寒湿地-大气间水热和碳交换通量日变化特征的观测分析

黄河源区高寒湿地-大气间的水分和热量及碳交换过程是影响青藏高原气候变化的主要因素之一。本文从2013年7月16日至10月19日期间黄河源区麻多湿地下垫面湍流通量涡动相关系统和气象站观测资料中,每月选取3~4天晴天条件下的观测数据,分析了黄河源麻多湿地-大气间感热通量、潜热通量和CO_2通量的日变化特征,并探讨了近地面能量平衡闭合度。结果表明:黄河源高寒湿地下垫面潜热通量和感热通量有日变化过程,日出后水分和热量交换通量逐渐增高,峰值均出现在12:00—16:00(北京时,下同)。在2013年夏季,黄河源湿地下垫面感热通量的最高值出现在9月15:30,达到了150.0 W·m^(-2),潜热通量的最高值出现在7月16:00,达到了300.0 W·m^(-2)。黄河源高寒湿地生态系统的能量消耗主要以潜热为主,近地面能量的闭合度较差,达到了48.8%。湿地净生态系统的CO_2交换通量日变化特征呈"U"型曲线,在整个植被生长季节的日变化过程中,日出后湿地系统吸收大气中的CO_2,净生态系统CO_2交换量NEE(Net Ecosystem Exchange)为负,中午达负极值,极值为-0.55 mg·m^(-2)·s^(-1),出现在7月21日12:30;夜间下垫面释放CO_2,NEE为正。进一步分析结果表明:CO_2交换通量的变化动态范围受空气温度、太阳辐射和植被冠层的影响明显。

标量粗糙度对地气交换的影响

为提高地－气间感热和潜热通量的精度，利用Ｇａｒｒａｔｔ的公式将标量粗糙度Ｚ０Ｔ和Ｚ０ｑ引入ＢＡＴＳ，对六种不同的植被作对比试验。结果表明：标量粗糙度Ｚ０Ｔ和Ｚ０ｑ均远远小于动量粗糙度Ｚ０，约相差３～１０个数量级不等。晴天状况下，农作物区Ｚ０／Ｚ０Ｔ，最小，约１０3,阔叶林最大，达１０１０；雨天状况下，各种植被间标量粗糙度的差异减小了。计算的地表温度、感热通量、潜热通量较原ＢＡＴＳ的更为合理。

西北半干旱区感、潜热通量特征及近50年来的变化趋势

在对比分析2007年兰州大学SACOL测站观测值和NCEP模式产品的感、潜热等变化特征的基础上,用观测资料和NCEP感、潜热通量资料的误差对1961—2008年的NCEP感、潜热通量资料进行了订正。分析了近50年西北半干旱区感、潜热的年际变化趋势。结果表明:平均而言,在半干旱区,4月感热最大,7月潜热最大;在过去的近50年间,年平均潜热通量大于感热通量。近50年来,潜热通量有减小的趋势,感热通量有增加的趋势。

三维热扩散预测模型

根据Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ和Ｐｒａｎｄｔｌ的假设，将均匀流体的湍粘性与局部能量联系起来，引入计算网格无法分辨的次网格能量，计算出质量、热量和动量的水平、垂直交换系数，建立了三维湍能封闭模型。将此模型用于热污染预测技术研究中，通过数值方法计算出瞬时潮流场，进而预测温排水引起海水升温程度与范围。

农田植被层上方湍流通量输送特征分析

根据农田植被层上方的温湿风梯度观测资料，采用基于莫宁－奥布霍夫相似理论的廓线梯度法计算了农田植被层上方的湍流通量，进而确定出拖曳系数、斯坦顿数和道尔顿数。文中检验了用于农田植被层上方湍流通量计算的普适函数的适用性，讨论了湍流通量以及拖曳系数等随稳定度参数、粗糙高度、平均风速等因子的变化规律。结果表明，农田植被层上方的湍流通量随层结稳定度的变化而变化；拖曳系数、斯坦顿数和道尔顿数也不是常数，而是层结稳定度、粗糙高度和平均风速的函数。

气候变暖背景下秦岭地区≥10℃热量的时空变化

在全球气候变暖背景下,秦岭地区农业热量的时空变化研究对调整农业种植结构,优化农业产业布局和实现农业的可持续发展具有重要意义。依据1961—2010年秦岭南北71个气象台站的资料,应用气候倾向率、Mann-kendall突变检验、Moralt小波分析和ArcGIS空间插值法,对秦岭南北近50年来≥10℃的积温、初日、终日和持续日数的变化特征进行分析。结果显示：（1）秦岭南北≥10℃的积温和持续日数均呈增加趋势,初日为提前趋势,终日为推迟趋势;秦岭北部≥10℃初日变化速率低于秦岭南部,秦岭北部≥10℃积温、持续日数和终日的变化速率高于秦岭南部。（2）秦岭北部≥10℃积温、初日、终日和持续日数发生突变的年份分别为1995年、2003年、1973年和2000年,秦岭南部≥10℃积温、初日、终日和持续日数发生突变的年份分别为2004年、1995年、1974年和1977年。秦岭南北部≥10℃积温具有明显的20-30年和7-10年的振荡周期。（3）空间上,秦岭地区≥10℃积温的空间变化相似,整体呈增加趋势。

两种风场分解方法计算动能收支对比研究

使用两种风场分解方法，计算旋转风和辐散风动能收支方程各项时空平均值，结果表明两者差异不大，具有一定程度的可比性。

黄土高原旱作春玉米农田能量交换变化研究

为了研究旱作春玉米蒸散耗热的变化规律,采用涡度相关技术监测并分析黄土高原东部常规旱作春玉米农田能量交换传输特征。结果表明,非降雨天气情况下,逐日正午(12:00—14:00)时间段内旱作春玉米农田能量平衡比值主要介于0.75～1.0范围内,整个生育期内波文比值呈"L"型变化趋势,春玉米苗期波文比值最高,阶段平均值为4.85±1.42;蒸发比值呈单峰型变化趋势,在降水较多的8月蒸发比值较高,平均值为0.55±0.06;全生育期内波文比值和蒸发比值平均值分别为1.78±1.71和0.40±0.18。旱作农田生态系统地表获取的可供能量有40%左右用于蒸散耗热。

水雾扩散与大气边界层的数值模拟

利用三维非线性ＰＢＬ方程组，采用工程上实用的湍流［Ｅ－ε］闭合方案，建立了一个高分辨率的ＰＢＬ模式来模拟不同层结下，水雾在流场中的散布，以及对环境湿度的影响．模式中考虑了水雾在流场中的扩散、蒸发，及相变潜热对流场的反馈机制．以某水电站在泄洪过程中水雾扩散为例，模拟了中性、不稳定层结下，对坝内附近环境湿度的影响，结果表明；在中性层结下，在源下风方向１ｋｍ左右的范围内，相对温度改变１％～１．８％．在不稳定层结下，相对湿度在近整个模拟域的范围内有１％～２．６％的改变，改变的范围和程度都比中性层结下大．文中结合该地区复杂的气流场，对结果进行了分析．

若尔盖高寒湿地-大气间水热交换湍流通量的日变化特征分析

湿地近地面水热交换对陆面过程乃至天气气候变化有着显著影响,准确量化湿地与大气间的水热交换通量具有重要意义。本文利用中国科学院西北生态环境与资源研究院若尔盖花湖湿地陆面过程与气候变化观测场(下称花湖观测场)2017年3月至2018年3月涡动相关系统的观测数据,各季节选取3个典型晴天,分析了若尔盖湿地近地面的感热通量和潜热通量日变化特征,并与鄂陵湖和玛曲草原的观测值进行对比,同时计算了湿地下垫面的能量闭合率。结果表明:若尔盖高寒湿地-大气间的水热交换过程存在着明显的日变化特征。感热通量和潜热通量的日变化过程都为单峰型,在14:00(北京时,下同)-15:00达到最大值,感热通量最大值可达101.7 W·m^-2。潜热通量最大值可达412.6 W·m^-2。寒冷干燥季节的感热通量日平均值比温暖湿润季节大18.0%;而温暖潮湿季节潜热通量日平均值比寒冷干燥季节高68.7%。本文还将湿地水热交换过程与玛曲草原以及鄂陵湖湖面的观测数据进行了对比发现:夏季,若尔盖湿地近地面与鄂陵湖湖面向大气输送的感热和潜热总量相当,但湿地日变化幅度远大于湖面,通常为湖面的4~7倍。玛曲草原夏季感热通量日变幅约为若尔盖湿地的1.5倍,而湿地夏季潜热通量总量约为草原的1.2倍。在地表向上的通量中,能量不平衡所占的比例:春季27.7%,夏季22.7%,秋季15.7%,冬季19.4%。湿地全年主要以潜热的形式向大气输送能量,夏季潜热通量占有效能量的比例可达58.0%。

重庆山地通量观测及其不同时间尺度变化特征分析

基于通量观测、邻近自动气象观测站和ERA5-Land再分析数据,结合重庆西部暴雨个例,讨论了重庆山地通量观测资料的可靠性和适用性,并对通量观测在2019年度的不同时间尺度变化特征进行分析,结果如下:(1)通量站与邻近气象站有相似的气象背景,通量观测相对于ERA5-land再分析资料更能反映出地表感热和潜热通量在降水期间的时间演变情况,该数据是可靠的,通量站的降水量可以用邻近站点平均降水量代替。(2)三种通量及其增量与温度、相对湿度、风速和降水均呈现出不同的相关关系,其中动量通量与降水和风速为正相关;感热和潜热通量与温度、风速为正相关,与相对湿度为负相关;槽上站的潜热和感热通量的增量与局部降水为负相关,这些特征均表明通量观测可以用于该次暴雨研究中。(3)感热、潜热通量的季节和月变化特征表明在长时间尺度上,地面对大气主要表现为加热和蒸发作用,动量通量的季节变化特征表明春季湍流运动最强而秋季最弱;潜热和感热通量的日变化主要表现为单峰型,即白天以增温和蒸发为主,夜间以冷却和凝结为主;动量通量的日变化也以单峰型为主,即白天湍流活动较强,夜间相对较弱,只有金佛山站在春夏秋三季表现出双峰型,即在夜间也有会出现湍流活动增强的情况。

近山盆地湍流通量的研究及热通量几种计算方法的比较

利用山西省神头（１１２°１７′Ｅ，３９°１８′Ｎ）１９８８年９～１０月间采集的大气野外测试资料，计算了摩擦速度、特征温度、湍流动量通量。用两种不同的方法计算了湍流热通量，并按稳定度进行了分类统计和做了采样各天的热通量日变化分析。