几种大气稳定度分类标准计算方法的比较分析

讨论了适用于城市环境中的稳定度参数(莫宁-奥布霍夫长度L、梯度理查森数Ri、总体理查森数Rib)的稳定度分类标准的计算问题,并利用北京市325m气象塔的梯度观测资料,采用D.Golder、Irwin和Houghton提出的3种不同的稳定度分类标准计算方法对总体理查森数Rib进行分类,结果表明,对于北京地区,采用Irwin提出的稳定度分类标准相对合理。

关于大气稳定度分类的研究

通过兰州西固地区1981年到1983年夏季现场观测资料分析,在近地面层(1.5-50米)用双向风标垂直脉动角标准偏差(σ(?))对大气稳定度分类比较好。百米以上气层用稳定参数(ΔT)/(ΔZ)(温度梯度)分类较好,里查孙数(R_i)因风速仪器测量精度差,分类结果不够理想。

湍流通量参数化方案的非迭代方法研究

基于Hgstrm(1996)和Beljaars et al.(1991)的研究工作,沿用Louis et al.(1982)和Launiainen(1995)的思路,本文采用多元回归分析方法,研发了一种采用非迭代方法的湍流通量参数化方案。该方案直接用整体理查森数、空气动力学粗糙度长度和热力学粗糙度长度对稳定度参数进行参数化,从而避免了通过循环迭代计算Monin-Obukhov长度。该方案不仅有效地节省了CPU计算时间,而且其计算结果与迭代方案(BHH方案)的计算结果非常接近。

华南海岸带近地层湍流参数观测研究

利用广州茂名2008年5月-2009年8月期间三维湍流观测资料，采用涡动相关法计算摩擦速度等湍流动力参数，研究不同风向下湍流参数随风速等的分布特征。结果发现：不同气流来向对华南海岸带局地湍流特性造成较大差异。华南海岸带近地层常年平均摩擦速度值为0．235m／s，离岸风和向岸风下分别为0．274和0．209m／s，可以分别与风速拟合为线性函数：u=0．066U＋0．060（离岸风），u=O．034U＋0．028（向岸风）。三维平均湍强值为Iu=0．136，Iv=0．121，1w=0．075，离岸风和向岸风下分别为Iu=O．245，Iv：0．199，Iw=O．125，和Iu=O．092，Iv=0．089，1w=0．055。研究还发现，拖曳系数与大气稳定度存在较密切关系，大气层结越偏向中性，拖曳系数越大，动量通量输送越强。

中国东南区域闪电活动特征及其与大气环境参数的关系

利用近18年(1997~2013)的星载LIS/OTD(lightning imaging sensor and optical transient detector)闪电观测资料、NCEP/NCAR(National Center for Environmental Protection/National Center for Atmospheric Research)和ERA-Interim再分析资料,对北纬30°以南、东经100°以东的中国陆地地区(17.5~30°N,100~122.5°E)的闪电活动特征及其与大气环境因素的关系进行了分析.结果表明:中国东南闪电高发区闪电活动季节性特征明显,春夏两季为闪电高发期,厄尔尼诺事件对其闪电活动的年际变化有较强的影响,在此期间冬春季闪电活动有明显的增强.东南闪电高发区闪电活动与地面温度、700~400hPa平均相对湿度、850hPa位温等热力学参数有明显正相关,与多种稳定度参数有强相关,显示出大气层结不稳定性越大,闪电活动越强.进一步通过多元逐步线性回归方法,建立了东南闪电高发区区域平均闪电密度与地面温度、CAPE(convective available potential energy)、BR(Bowen ratio)、LI(lifted index)、SI(Showalter index)的回归方程,有助于利用多种参数开展预报区域闪电活动.

一次罕见的连续雷雨大风天气的稳定度和能量参数分析

本文利用常规探空资料，对2006年6月6-7日发生在广州新白云机场的一次罕见连续雷雨大风天气过程中的稳定度和能量参数进行了诊断分析，结果表明：沙氏指数SI、抬升指数LI、全总指数TTI、强天气威胁指数SWEAT、对流有效位能CAPE几个能量和稳定度指数都与雷雨大风的发生、发展有着良好的对应关系，且峰值与雷雨大风出现时间有12小时的提前量；当测站LI≤-2．4℃，K指数≥35℃，SWEAT≥360，CAPE≥1460J／kg，遇有触发机制，极易产生雷雨大风等强对流天气；对流抑制能量CIN很小，对流有效位能CAPE持续积累并处于高值状态，是雷雨大风天气持续发生的重要原因；粗理查逊数BRN较稳定处于一数值区间内，表明不稳定能量和垂直切变之间维持着一种平衡，使得雷雨大风天气得以持续发生。

华北地区平流雾过程湍流输送及演变特征

利用2006年2月在天津市南部地区开展的大气湍流观测资料,分析了平流雾生消过程中湍流输送及演变特征。结果表明:平流雾生消过程中,大气稳定度参数数值主要集中在弱不稳定到弱稳定范围内,且多呈现弱不稳定状态。雾前,大气呈弱不稳定状态,热量的垂直和水平输送短时加强,且水平输送较垂直输送更显著;雾生成初期,大气呈弱稳定层结,湍流动量和热量的垂直及水平输送均很弱;雾中,大气多呈弱不稳定状态,稳定度参数、动量、热量及水平与垂直热通量之比值随时间均呈多峰形振荡,随着雾的消散,大气由弱不稳定逐渐演变为稳定状态;雾后,低层大气再次呈现弱不稳定层结特征,动量和热量输送呈单峰形日变化特征。平流雾生消过程中,热量的水平输送随不稳定度增强而迅速减小;大气呈稳定层结时,热量的水平输送显著大于垂直输送,其比值约为2。同时,摩擦速度、水平与垂直热通量之比值呈多峰形振荡,振幅分别可达1.2m/s及50。

用微波辐射计和风廓线资料构建探空资料的定量应用可靠性分析

使用2007、2008年5～9月北京南郊观象台的微波辐射计探测的温湿度数据和风廓线仪探测的水平风数据构造特种探空资料,将其与常规探空进行统计和对比分析,探讨了它们定性和定量应用的可靠性。结果表明,特种探空的各要素与常规探空具有较一致的变化趋势,定性分析使用时可有效弥补常规探空时间分辨率低的不足。但是,在定量使用过程中,对不同要素需区别对待:(1)特种探空的温度和经向风、纬向风的一致性好、误差较小,具有较好的定量使用价值;由于微波辐射计探测的相对湿度误差较大,造成特种探空的露点温度与常规探空的一致性较差、偏大明显;定量使用时需要订正。(2)不同时次和不同高度各要素的表现不同,08时(北京时间,下同)和20时的一致性好于02时和14时,这可能与样本数的差异和要素的日变化特征等因素有关;露点温度和纬向风的平均误差随高度增加明显增大,温度和经向风的平均误差随高度增加变化不大。(3)由特种探空得到的热力、动力稳定度参量,除粗理查逊数外,其他参量与常规探空计算得到的参量具有较一致的变化趋势,在定性使用上是有价值的。在定量使用时,需要视参量包含的温度、湿度、风等基本要素的误差程度而定。其中,与湿度相关的参量,如CAPE(对流有效位能)、Δθse(500 hPa与850 hPa的假相当位温θse之差)、K指数、湿度垂直梯度和温度露点差等参量存在不同程度的误差,而仅与温度廓线、低空风廓线相关的参量,如垂直温度梯度、0°C和-20°C层高度、低空垂直风切变等参量的绝对误差很小,具有很好的定量使用价值。

不同云系降水过程中GPS可降水量的特征--华北地区典型个例分析

利用石家庄、秦皇岛和张家口2005-2006年4～10月地基GPS反演的可降水量资料和常规天气资料，对可降水量与实际降水的关系进行统计，按降水性质，选取单纯积状云产生的对流降水、单纯层状云产生的稳定性降水及层积混合云产生的暴雨三类样本，对可降水量在三类典型降水过程中的演变趋势进行了分析。结果表明：大气中存在高值可降水量是降水产生的必要条件；可降水量呈阶段性、波状变化特点，其变化幅度、极值水平和持续时间与天气影响系统、降水性质等密切相关；降水强度和可降水量极大值出现时间不一定吻合，但强降水通常出现在可降水量的高值阶段，可降水量的高值阶段往往对应着较高的降水概率。另外，可降水量在以上三类性质降水中表现出不同特征，可为降水的短时临近预报提供参考。

1998年南海季风爆发期间近海面层大气湍流结构和通量输送的观测研究

１９９８年５月１４日至６月２２日，在西沙永兴岛近海铁塔上进行了－次海－气通量观测试验，观测期包括了西南季风爆发前、爆发、爆发后风速加强等几个阶段。这次试验获得该年西南季风爆发的天气特征以及由涡度相关法，廓线法计算的动量、感热、潜热通量及湍流强度等一些统计量分布。分析结果表明，观测期湍流强度σｕ、σｖ、σｗ与平均风速之比为０．０９６、０．０６６、０．０４５；在近中性条件下（ｚ／Ｌ≈０），各相似函数基本为常数，σｕ／ｕ≈３，σｖ／ｕ≈２，σｗ／ｕ≈１．２５；在稳定条件下ｕ、ｖ、ｗ三方向σ／ｕ 近似相等；在稳定与不稳定条件下σｔ／Ｊ随稳定度参数ｚ／Ｌ的变化趋势相似，但符号相反。摩擦速度ｕ随风速的变化接近于关系式ｕ＝００２９Ｕ１０＋ ０００６（ Ｕ１０为１０ ｍ高度 ３０ ｍｉｎ平均风速），空气动力粗糙度长度ｚ０变化在０．０１～０．３５ ｍｍ之间。观测期动量通量变化在０．０５～０．３０ Ｎ／ｍ２之间，季风爆发期明显增大；曳力系数ＣＤ平均为 １．１２×１０－３，它随平均风速变化可以表示为关系式１０３ＣＤ＝０．００３Ｕ２１０＋００２０Ｕ１０＋０．８３６或１０３ＣＤ＝ ０．０５６Ｕ１０＋０．７３２。感热通量由海洋输向大气。

用变分方法估算淮河流域总体输送系数

利用2001年6～7月间在安徽肥西的边界层观测资料,利用变分方法计算地面动量通量和感热通量,进而分别估算该处动量总体输送系数和感热总体输送系数。用变分方法计算的地面粗糙度为0.03m。在中性条件下,10m高处平均动量总体输送系数和感热总体输送系数分别为4.83×10-3和3.81×10-3,比值是1.27。总体输送系数具有明显的日变化特征,中午时段最大,夜晚最小;总体输送系数与大气稳定度存在明显关联,文中给出它们之间的拟合关系式;随着高度的增加总体输送系数减少,但减少幅度逐渐变小。

江苏冰雹强对流天气条件分析及其物理解释

通过对江苏省冰雹强对流天气温、温条件及其稳定度参数统计分析表明，这些参数值域在一个较大的区间变动，并初步分析各参数值域过大的原因，同时提出应用稳定度及缩小参数值域的见解。

西太平洋暖池区海—气通量计算分析

用J.Launiaimen和T.Vihma提出的近地面层湍流通量计算方法,对我国在1992年11月至1993年2月TOGA—COARE—IOP实验中所获资料计算处理。得出所在站位的海一气间显效、潜热及动量通量。指出西大平洋暖池海区游热通量与显效通量之比为10.14:1;风速大于8m/s后各通量随风速的变化率明显增加;动量与热量的块体通量系数Cd和Ce,h随风速变化有相似的规律;Monin—Obukhov大气稳定度参数Z/L与△T/U_(10)之间有较好的统计关系。

1998-06-21飑线分析

对１９９８年６月２１日发生在河北中南部、河南北部的飑线进行高空、地面形势，稳定度，雷达回波及ＧＭＳ－５气象卫星红外云图进行了分析，总结了产生强对流性天气的指标。

2001-08-07登封市强对流天气分析

利用实时资料 ,分析了 2 0 0 1- 0 8- 0 7登封市卢店镇出现的强对流天气形势、地面要素特征、稳定度参数及地形的影响 ,揭示了此次强对流天气的成因。

南京南郊大气湍流统计特征的实验研究

利用2011年8月南京南郊溧水大气边界层加强实验站的大气湍流观测资料,分析了城市郊区自然状态下垫面大气湍流宏观统计规律,以及湍流动量、热量、水汽和CO2的湍流输送特征。结果表明:不稳定层结下,3方向风速归一化标准差σu/u*,σv/u*,σw/u*,随稳定度参数ζ呈1/3幂次关系;稳定层结下也呈现类似规律;近中性条件下,分别趋近于常数。不稳定层结下,温度、比湿、CO2质量浓度归一化标准差σT/|T*|,σq/|q*|,σρCO2/|ρCO2*|,随ζ呈1/3幂次负相关关系,但结果相对离散,并且相对离散的数据对应着较小的|T*|、|q*|、|ρCO2*|值;稳定层结下,三者ζ之间的关系没有明显变化规律。实验期间相对于感热通量,潜热通量在热量平衡中所占比例较大;CO2通量平均值为负,整体表现为碳汇。水汽、热量和CO2均存在水平输送。

2003-06-05河南北中部强对流天气分析

从环流背景、卫星云图、雷达回波、诊断物理量、稳定度参数、群指数等方面 ,揭示了 2 0 0 3年 6月 5日河南北中部地区出现的强对流天气成因。分析结果表明 。

塔克拉玛干沙漠贴地层小气候梯度试验的数据处理及分析

本文利用塔克拉玛干沙漠综合科学考察期间小气候梯度试验资料.通过对数据处理方式的合理选择,对沙漠的湍流交换系数及湍流热交换、蒸发耗热、地面热源强度进行了分析研究.

IHOP试验关于对流风暴的触发和演变机制总结：观测和模式展望（二）

6风暴演变结果（观测和模式） 6．1风暴演变统计本节对每个启动事件的演变过程进行检验。数值模拟和观测研究表明，风暴系统的组织性和生命史决定于风暴和阵风锋的相对移动以及相对于阵风锋的垂直风切变及稳定度参数（Moncrieff和Miller，1976；Droegemeier和Wilhelmson，1985；Weisman和Klemp，1982；Rotunno等，

2019年5月4日海口美兰机场雷雨天气过程分析

利用MICAPS实况场资料、中央气象台天气图资料和本场雷达资料对2019年5月4日海口美兰机场的一次雷雨天气过程进行分析,主要得出以下结论:(1)本次雷雨天气过程的环流形势比较符合标准,南海季风槽和弱冷空气的共同影响,有利于海口地区雷暴天气的形成。(2)当日8时的探空资料显示,各项与大气不稳定度有关的参数数值均达到了有利于对流发展的标准,热力条件较好,为雷雨天气的产生提供了条件。(3)当雷达反射率因子为50dBZ时就可能会有雷雨大风天气的发生。15时22分雷达回波中心强度达到55-60dBZ,正好位于本场上空,随之而来的强降水使主导能见度一度降至650米,跑道视程RVR最低降至400米。