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上海—南极海洋边界层大气CH_4浓度及其δ^(13)C空间分布特征 被引量:2
1
作者 刘雅淑 朱仁斌 徐华 《中国科学技术大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第8期1017-1021,1035,共6页
在中国第22次南极科学考察期间,用Tedlar气袋采集了"雪龙号"考察船航线上海洋边界层大气样品,在室内分析了样品中CH4浓度及其分子的δ13C值,结果表明:在28.5°N^40°S区域,海洋边界层大气CH4浓度波动较大,峰值较多,... 在中国第22次南极科学考察期间,用Tedlar气袋采集了"雪龙号"考察船航线上海洋边界层大气样品,在室内分析了样品中CH4浓度及其分子的δ13C值,结果表明:在28.5°N^40°S区域,海洋边界层大气CH4浓度波动较大,峰值较多,平均值为(2.97±1.51)×10-6,明显高于全球大气CH4的平均浓度(约1.8×10-6),这主要与该区域的航迹靠近陆地,受人为源的影响有关;在40°S^69.17°S航迹,远离人类活动区,洋面大气CH4的浓度较稳定,平均浓度值为(1.92±0.14)×10-6,接近于目前全球大气CH4平均浓度.航线上CH4分子的δ13C的变化范围为:-37.49‰^-24.87‰,平均为-34.5±3.0‰.在28.5°N^40°S区域,边界层大气中CH4分子的δ13C值较高且波动较大,表明洋面大气的CH4浓度受到来自富13C的化石燃料、生物质燃烧等人为源的强烈影响;在40°S^69.17°S区域,δ13C值较稳定.海洋边界层大气的CH4浓度分布与大气温度也存在相关性. 展开更多
关键词 CH4浓度 碳同位素 海洋边界层大气 南极 空间分布
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边界层大气大湍涡模拟(LES)方法的研究进展 被引量:4
2
作者 吴增茂 盛立芳 张新玲 《气象科技》 北大核心 1998年第3期7-12,共6页
近年来大湍涡模拟(LES)日渐成为研究边界层大气湍流特征的有效方法。本文介绍了LES技术与“直接”模拟及雷诺平均模拟方法间的关系、LES技术的发展现状以及次滤波尺度模型的研究进展。文中还概括介绍了LES技术在天气预报... 近年来大湍涡模拟(LES)日渐成为研究边界层大气湍流特征的有效方法。本文介绍了LES技术与“直接”模拟及雷诺平均模拟方法间的关系、LES技术的发展现状以及次滤波尺度模型的研究进展。文中还概括介绍了LES技术在天气预报与气候模型中的应用前景。 展开更多
关键词 大湍涡模拟 次滤波尺度模型 边界层大气 湍流
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中日科学家共同探讨边界层大气和降水关系 被引量:2
3
作者 张雁 《气象科技合作动态》 2005年第6期32-32,F0003,共2页
2005年9月12~14日,“第三次中口低层大气和降水研究(LAPS)学术研讨会暨工作组会议(Third Japan-China Joint Workshop on Lower Atmosphere and Precipitation Study)”在日本名古屋大学召开。以李维京研究员为团长的中国代表团一... 2005年9月12~14日,“第三次中口低层大气和降水研究(LAPS)学术研讨会暨工作组会议(Third Japan-China Joint Workshop on Lower Atmosphere and Precipitation Study)”在日本名古屋大学召开。以李维京研究员为团长的中国代表团一行9人出席了会议。中方代表主要来自中国气象局国家气候中心、 展开更多
关键词 降水关系 边界层大气 ATMOSPHERE 科学家 WORKSHOP 日本名古屋大学 中国气象局 学术研讨会 低层大气 工作组
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北京地区边界层大气臭氧浓度变化特征分析 被引量:40
4
作者 宗雪梅 王庚辰 +2 位作者 陈洪滨 王普才 宣越健 《环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第11期2615-2619,共5页
利用2001-03~2006-10的大气臭氧探空资料,分析了近6 a北京边界层(2 km以下)大气臭氧浓度的平均月变化和季节变化规律.结果表明,边界层大气臭氧浓度的月变化很明显,1月臭氧浓度最小,地面臭氧浓度不到10×10^-9(体积分数,下同),... 利用2001-03~2006-10的大气臭氧探空资料,分析了近6 a北京边界层(2 km以下)大气臭氧浓度的平均月变化和季节变化规律.结果表明,边界层大气臭氧浓度的月变化很明显,1月臭氧浓度最小,地面臭氧浓度不到10×10^-9(体积分数,下同),上层(即2 km)臭氧浓度也不到50×10^-9.而6月臭氧浓度最大,地面达到85×10^-9,上层大于90×10^-9.臭氧浓度具有明显的季节特征,从臭氧浓度值来看,冬季最小,夏季最大.从地面到上层的臭氧浓度的变化幅度来看,冬季变化最大,夏季变化最小.根据廓线变化方式,臭氧浓度廓线可分为3种类型,冬季型、夏季型、春秋季型.不同高度臭氧月平均浓度也明显不同.分析地面及上层臭氧浓度与气象因子如温度和湿度的相关关系,发现地面臭氧浓度与温度具有较好的线性关系,相关系数在0.85以上. 展开更多
关键词 臭氧 探空 大气边界层 变化特征
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中国地区边界层大气气溶胶辐射吸收特性 被引量:18
5
作者 黄世鸿 李子华 杨军 《高原气象》 CSCD 北大核心 2000年第4期487-494,共8页
采用粒子采样法对中国 2 3个地区边界层气溶胶的吸收系数作了测量 ,研究了其分布特征。结果表明 :中国地区边界层气溶胶的吸收系数在 1 0 - 6~ 1 0 - 3m- 1之间 ,明显呈北高南低的趋势 ,四川盆地和贵州有一相对较高的中心。吸收系数与... 采用粒子采样法对中国 2 3个地区边界层气溶胶的吸收系数作了测量 ,研究了其分布特征。结果表明 :中国地区边界层气溶胶的吸收系数在 1 0 - 6~ 1 0 - 3m- 1之间 ,明显呈北高南低的趋势 ,四川盆地和贵州有一相对较高的中心。吸收系数与粒子含量之间的相关系数为 0 .74,吸收系数与粒子含量的分布一致性较好。 展开更多
关键词 气溶胶吸收系数 大气边界层 中国 粒子含量 辐射
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BECAPEX科学试验城市建筑群落边界层大气环境特征及其影响 被引量:31
6
作者 徐祥德 丁国安 +1 位作者 卞林根 谢立安 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2004年第5期663-671,F005,共10页
20 0 1~ 2 0 0 3年在北京实施了大气边界层动力、热力、化学综合观测试验 (BECAPEX ,BeijingCityAtmosphericPollutionObservationFieldExperiment) ,获取了北京城市大气动力和大气化学三维结构图像。综合观测试验分析研究发现 ,城市... 20 0 1~ 2 0 0 3年在北京实施了大气边界层动力、热力、化学综合观测试验 (BECAPEX ,BeijingCityAtmosphericPollutionObservationFieldExperiment) ,获取了北京城市大气动力和大气化学三维结构图像。综合观测试验分析研究发现 ,城市区域呈非均匀次生尺度热岛分布 ,并伴随着城市次生尺度环流 ,影响了局地空气污染物分布特征。MODIS卫星遥感 地面观测资料经过变分分析 ,可发现北京城市空气污染与周边区域影响源有密切关系 ,并影响城市群落环境气候特征 ,导致该区域日照、雾日、低云量和能见度呈显著年代际变化趋势。 展开更多
关键词 大气环境特征 地面观测 观测试验 年代际变化 大气化学 云量 大气边界层 群落 科学试验 环境气候
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探测边界层大气温度的转动喇曼激光雷达 被引量:3
7
作者 刘玉丽 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第4期541-544,共4页
为了研制一种测量边界层大气温度的激光雷达,采用氮气和氧气的转动喇曼谱的强度比反演大气温度垂直分布的方法,对转动喇曼激光雷达系统进行了理论分析与实验研究,取得了边界层内的大气温度数据。结果表明,该激光雷达测量的大气温度在0km... 为了研制一种测量边界层大气温度的激光雷达,采用氮气和氧气的转动喇曼谱的强度比反演大气温度垂直分布的方法,对转动喇曼激光雷达系统进行了理论分析与实验研究,取得了边界层内的大气温度数据。结果表明,该激光雷达测量的大气温度在0km^2.5km处与大气模式表现出了较好的一致性,激光能量为100m J,测量时间约为17min,垂直分辨率为7.5m;2.5km处信号随机起伏引起的统计误差达到1K,可以对边界层内2.5km以下的大气温度进行高精度测量;如果要使测量的高度进一步增加,可以增大激光脉冲的能量或选用口径大的望远镜。这对探测边界层大气温度的转动喇曼激光雷达系统的研制提供了有益的指导。 展开更多
关键词 大气光学 激光雷达 转动喇曼谱 边界层大气温度 双光栅单色仪
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塔克拉玛干沙漠腹地晴天与沙尘暴天气大气边界层对比分析
8
作者 张建涛 王敏仲 +3 位作者 何清 王延慧 潘红林 张志新 《沙漠与绿洲气象》 2024年第1期50-58,共9页
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... 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。 展开更多
关键词 大气边界层 沙尘暴 陆面过程 塔克拉玛干沙漠
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基于小波多尺度分析大气边界层高度提取方法研究
9
作者 李猛 李佳欣 +2 位作者 郭心骞 吴德成 刘苏悦 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第5期164-172,共9页
大气边界层物理演变特征及复杂边界层结构对大气污染过程的影响机制研究中,迫切需要边界层精细化结构的探测手段。通常使用梯度法和小波协方差变换法的方式进行边界层高度提取,但由于该方式容易受到噪声和气溶胶层结构的影响,实验误差... 大气边界层物理演变特征及复杂边界层结构对大气污染过程的影响机制研究中,迫切需要边界层精细化结构的探测手段。通常使用梯度法和小波协方差变换法的方式进行边界层高度提取,但由于该方式容易受到噪声和气溶胶层结构的影响,实验误差较大。提出使用小波多尺度分析方法细化边界层特征结构,从而筛选出有效的细节信息,提高对探索边界层高度的准确性。此外,基于GBQ L-01激光雷达设备实测合肥地区全天气溶胶分布情况,使用小波多尺度分析方法分析对应的平行分量距离平方矫正信号、垂直分量距离平方矫正信号和退偏振比全天分布情况。实验结果表明,该方法准确性高,与梯度法、小波协方差法相比具有更高的稳定性与连续性。对特殊时间点进行数据分析,明确主要影响边界层高度的主要因素,并确定各个时间段的大气边界层高度值。 展开更多
关键词 激光雷达 大气边界层 小波多尺度分析 精细结构 高时空分辨率
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国外边界层大气污染和湍流扩散的研究活动简介 被引量:1
10
作者 雷孝恩 《环境科学研究》 EI CAS 1977年第1期32-34,共3页
一、大气污染和大气边界层大气边界层,也称为行星边界层或爱克曼层,它指的是大气与下垫面(陆地和水面)直接接触的部分。因而,下地面的特性对它有强烈地影响,并具有鲜明的湍流特征(湍流为空气流动时的一种不规则运动,有时也称为乱流),其... 一、大气污染和大气边界层大气边界层,也称为行星边界层或爱克曼层,它指的是大气与下垫面(陆地和水面)直接接触的部分。因而,下地面的特性对它有强烈地影响,并具有鲜明的湍流特征(湍流为空气流动时的一种不规则运动,有时也称为乱流),其厚度通常在2公里以下。人类生活在大气边界层里,一刻也不能离开清洁的空气。 展开更多
关键词 大气边界层 下垫面 湍流扩散 不规则运动 爱克曼 城市边界层 大气扩散理论 湍流结构 空气污染模式 近地层
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青藏高原东坡大气边界层高度变化观测研究 被引量:1
11
作者 柳靖 唐晓凡 +1 位作者 夏君集 祝凤荣 《高原山地气象研究》 2024年第2期32-39,共8页
利用2021年2—5月和8—11月青藏高原东坡高海拔宇宙线观测站(Large High Altitude Air Shower Observatory,LHAASO)多通道微波辐射计观测的高时空分辨率温度廓线数据,并结合2021年ERA5再分析资料,分析大气边界层高度(Atmospheric Bounda... 利用2021年2—5月和8—11月青藏高原东坡高海拔宇宙线观测站(Large High Altitude Air Shower Observatory,LHAASO)多通道微波辐射计观测的高时空分辨率温度廓线数据,并结合2021年ERA5再分析资料,分析大气边界层高度(Atmospheric Boundary Layer Height,ABLH)的日、月和季平均日变化规律。结果表明:(1)晴朗天气的ABLH具有明显的波峰波谷变化,日出后地表温度升高,ABLH也随之持续升高,最大值通常出现在午后,至18时左右迅速降低,日落之后降至最低。(2)一年之中,4月平均ABLH最大,约为1200 m,11月只有600 m。ABLH白天波动大,夜晚稳定,平均降至400 m左右。基于ERA5再分析资料反演的ABLH整体结果偏小,但具有与微波辐射计一致的变化趋势。(3)ABLH最大值出现在春季,夏季和秋季次之,冬季最小,且均在14:00—15:00达到峰值。 展开更多
关键词 大气边界层高度 微波辐射计 ERA5再分析资料 日变化 月变化 季节变化
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基于地基C波段垂直雷达的青藏高原大气边界层湍流特征研究
12
作者 洪岚 王寅钧 +1 位作者 阮征 鲍艳松 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期385-397,共13页
基于2014年7—8月那曲地区不同来源的边界层高度资料(包括C波段调频连续波垂直探测雷达(BLH_(CR))、L波段探空(BLH_(SD))、梯度塔观测及欧洲中心再分析数据集(BLH_(ERA5))),分析了边界层高度(BLH)、不同感热通量(SH)和稳定度(z/L或BLH_(... 基于2014年7—8月那曲地区不同来源的边界层高度资料(包括C波段调频连续波垂直探测雷达(BLH_(CR))、L波段探空(BLH_(SD))、梯度塔观测及欧洲中心再分析数据集(BLH_(ERA5))),分析了边界层高度(BLH)、不同感热通量(SH)和稳定度(z/L或BLH_(CR)/L)条件下近地层和混合层湍流统计特征及湍流谱。主要结果如下:(1)BLH_(CR)、BLH_(SD)与BLH_(ERA5)互相之间有很好的相关,均方根偏差约为0.6 km。那曲地区BLH_(CR)的日变化较为明显,日较差中值为0.7—0.8 km。在北京时16时BLH_(CR)达最大,样本中值约为1.2 km。(2)随着感热通量增大,近地层垂直速度标准差(σ_(w))、温度标准差(σT)、温度与垂直速度相关系数(R_(wT))逐渐增大,σT增大速率呈线性,σ_(w)和R_(wT)的增大速率在感热通量超过一定阈值后逐渐减小。当-z/L<0.3时,σT和R_(wT)随-z/L增大迅速增大;-z/L≥0.3时增速明显趋缓。(3)混合层内湍流垂直速度方差(σ_(w)^(2))最大值出现在(0.25—0.3)×BLH_(CR)高度,平均值为1.2—1.3 m^(2)/s^(2)。强不稳定时混合层内σ_(w)^(2)略小于弱不稳定;σ_(w)^(2)平均值随感热通量增大而增大。归一化湍流垂直速度方差(σ_(w)^(2)/w_*2)随z/BLH_(CR)增大先迅速增大后逐渐减小,极大值出现在0.35×BLH_(CR)附近。(4)随着不稳定层结的增强,近地层和混合层的归一化垂直速度谱均谱峰左移,谱峰对应的归一化功率谱密度变大。强不稳定时湍流尺度变大、能量增强。 展开更多
关键词 大气边界层高度 青藏高原 频谱分析 湍流特征
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大气边界层参数化方案在核电厂址扩散参数计算中的应用研究
13
作者 赵多新 黄莎 +1 位作者 吕明华 陈龙泉 《环境科学与管理》 CAS 2024年第7期76-81,共6页
在核电厂环境污染影响评价、环境质量管理、应急等工作中,需对核电厂排放的放射性污染物在大气中迁移扩散特征进行评价,而扩散参数是核电厂环评、设计、应急相关评价软件中重要的参数。由边界层参数化方案计算扩散参数的方法应用较为普... 在核电厂环境污染影响评价、环境质量管理、应急等工作中,需对核电厂排放的放射性污染物在大气中迁移扩散特征进行评价,而扩散参数是核电厂环评、设计、应急相关评价软件中重要的参数。由边界层参数化方案计算扩散参数的方法应用较为普遍,文章对两种常用大气边界层参数化方案在核电厂址扩散参数计算中的效果进行了讨论。与核电厂址湍流观测数据的比较显示:Mellor-Yamada 2层方案模拟结果具有较好的相关性,但方差更大;Hanna方案模拟结果相关性相对较弱,但其方差也较小,在应用中可根据两种方案各自的特点选用具体的扩散参数计算方案。 展开更多
关键词 核电厂址 大气边界层参数化方案 扩散参数
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平衡大气边界层理论在复杂地形风场模拟中的应用
14
作者 马国林 田琳琳 +1 位作者 宋翌蕾 赵宁 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期315-325,共11页
针对大气边界层数值模拟时入口湍动能及耗散率在下游持续衰减的问题,基于标准k-ε模型及其改进模型研究不同湍流黏性更新方法对平衡大气边界层自保持性的影响,然后采用平衡大气边界层自保持性方法结合建筑绕流影响区(BIA)问题解决方法对... 针对大气边界层数值模拟时入口湍动能及耗散率在下游持续衰减的问题,基于标准k-ε模型及其改进模型研究不同湍流黏性更新方法对平衡大气边界层自保持性的影响,然后采用平衡大气边界层自保持性方法结合建筑绕流影响区(BIA)问题解决方法对Askervein山绕流问题进行模拟研究,最后基于数值模拟结果,分析复杂地形绕流对风力机选址的影响。结果表明,选择合适的湍流黏性更新方法、粗糙度处理方法、湍动能和耗散率方程源项可使出口处的流动参数与入口处给定初值保持较高的一致性;BIA问题解决方法的引入可进一步提高复杂地形绕流模拟精度;风力机宜安装在山顶,避开湍流度较大的山体背风区,山后风力机的排布应结合山顶风力机尾流和山体影响区域综合考量。 展开更多
关键词 大气边界层 k-ε湍流模型 复杂地形 数值模拟 微观选址
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不同稳定度下大气边界层模拟及实测数据验证研究
15
作者 张子良 郭乃志 +2 位作者 易侃 文仁强 石可重 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期112-117,共6页
大气边界层的模拟是风电场风能资源评估的核心环节。然而,现有大气边界层模拟研究中广泛存在对实际气象因素考虑欠缺,从而导致模拟准确性不足的问题。为此,该文结合实际测风数据与开源计算流体力学软件开发了一套风电场大气边界层模拟... 大气边界层的模拟是风电场风能资源评估的核心环节。然而,现有大气边界层模拟研究中广泛存在对实际气象因素考虑欠缺,从而导致模拟准确性不足的问题。为此,该文结合实际测风数据与开源计算流体力学软件开发了一套风电场大气边界层模拟方法。该方法通过对测风数据的分析处理,将地表粗糙度以及大气稳定度这两种关键因素纳入大气边界层的模拟之中,使其能更加贴近实际地模拟边界层内的流场状态。使用该方法在一个真实案例下进行模拟,并与测风塔实测数据进行对比以验证开发方法的可靠性。结果表明,开发方法在不同的大气稳定度下的模拟结果与实测数据吻合程度较高,相比于现有商业软件WT的计算精度有较大幅度的提升,具有一定的工程实用价值。 展开更多
关键词 风电场 大气边界层 数值模拟 测风塔 地表粗糙度 大气稳定度
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利用尺度自适应大气边界层湍流参数化方案对一次陆地浓雾的数值模拟
16
作者 乔崛 彭新东 《气象》 CSCD 北大核心 2024年第4期449-460,共12页
为提高大气数值模式的模拟能力,改进大气边界层水汽、热量湍流输送计算和大雾天气的模拟效果,选用WRF三维非静力模式,采用具有局地和非局地垂直湍流尺度自适应计算能力的MYNN_SA参数化方案,对2017年12月28—29日我国华北—江淮地区的大... 为提高大气数值模式的模拟能力,改进大气边界层水汽、热量湍流输送计算和大雾天气的模拟效果,选用WRF三维非静力模式,采用具有局地和非局地垂直湍流尺度自适应计算能力的MYNN_SA参数化方案,对2017年12月28—29日我国华北—江淮地区的大范围浓雾过程进行了数值模拟研究,探讨从中尺度到灰区尺度分辨率范围,模式的尺度自适应大气边界层湍流参数化方案对稳定大气边界层发展、湍流输送和大雾天气模拟的影响。利用中国地面气象站观测资料和ERA5再分析数据,在接近灰区尺度的网格分辨率上,利用尺度自适应大气边界层湍流MYNN_SA参数化方案较之中尺度参数化MYNN方案,可明显改善次网格湍流输送计算,以及陆地浓雾的强度、空间分布和时间演变特征,可更精确地模拟云水混合比、逆温层和雾区的垂直结构。 展开更多
关键词 湍流通量 陆地浓雾 大气边界层参数化 尺度自适应
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基于WRF模拟的中国西北河谷城市夏季的大气边界层特征
17
作者 王鹏波 刘永乐 +1 位作者 魏永鹏 潘峰 《兰州大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期569-576,585,共9页
为提高河谷地形气象场的模拟效果,利用第5代再分析资料(ERA5)和全球再分析资料(FNL)作为初始场,以天水市为研究对象,驱动中尺度天气预报模式比较对西北河谷城市边界层模拟的适用性,分析西北河谷城市夏季的大气边界层特征.结果表明, ERA... 为提高河谷地形气象场的模拟效果,利用第5代再分析资料(ERA5)和全球再分析资料(FNL)作为初始场,以天水市为研究对象,驱动中尺度天气预报模式比较对西北河谷城市边界层模拟的适用性,分析西北河谷城市夏季的大气边界层特征.结果表明, ERA5模拟的天水市主城区近地面温度、近地面风速、风向以及相对湿度与观测值的相关性更好,尤其是近地面风速和风向,分别比FNL模拟的结果提升25.4%和70.0%.天水市主城区的气象场空间分布呈明显的城市热岛效应和山谷风环流,相对开阔的麦积区城市热岛效应更强;白天发生的降水会弱化谷风环流和热岛效应,河谷内及周边风速均较小.天水市主城区夏季近地面温度与风速呈正相关,与相对湿度呈负相关,大气边界层高度呈现明显的日变化,大气层结稳定. 展开更多
关键词 第5代再分析资料 河谷城市 大气边界层 中尺度天气预报模式
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基于κsgs与θsgs2输运的中性大气边界层大涡模拟
18
作者 黄雨欣 鲁昊 《流体动力学》 2024年第3期23-34,共12页
大气边界层(ABL)中标量的仿真对于掌握大气中温度、湿度等的分布,污染物的扩散规律及预测雨水的生成等均具有重要意义。大涡模拟(LES)是当前ABL湍流仿真的主要方法,其关键是如何利用解析尺度的速度场和标量场信息构建亚网格(SGS)应力模... 大气边界层(ABL)中标量的仿真对于掌握大气中温度、湿度等的分布,污染物的扩散规律及预测雨水的生成等均具有重要意义。大涡模拟(LES)是当前ABL湍流仿真的主要方法,其关键是如何利用解析尺度的速度场和标量场信息构建亚网格(SGS)应力模型和通量模型。对于ABL湍流这一典型的高雷诺数条件下的非各向同性湍流,以Boussinesq假设为出发点构建的粘性SGS模型存在先验误差较大、后验耗散过强等许多问题。本研究引入一种新的非线性SGS通量模型,该模拟不预先假设能量的传输方向,基于速度和标量的梯度计算SGS通量的结构(矢量分量的相对大小),且摈弃局部平衡假设,采用动力学方程考虑能量反传,预测SGS通量强度的动态演化过程。研究采用一个中性ABL基准工况,通过与已有的理论预测和各种流动统计的对比进行系统的考察来对模型进行评估,同时也与传统粘性SGS模型的表现进行比较。具体地,当LES达到统计稳定后,我们重点关注了在不同网格条件下模型对无量纲速度梯度、无量纲标量梯度、能谱及流场结构等的预测结果。结果表明,除了可以获取可靠的流场结构,相比传统粘性SGS模型,新模型对无量纲梯度预测的准确度有明显提升,且对湍流能谱的预测有显著改善。此外,我们讨论了新模型预测效果提升的原因,相较于传统粘性SGS模型存在耗散较强的问题,新模型采用动态非线性的建模方法,可以预测ABL湍流中能量的逆向输运,并更好地捕捉小尺度的涡旋。The simulation of scalars in the atmospheric boundary layer (ABL) is of great significance for understanding the distribution of temperature, humidity, and other factors in the atmosphere, as well as the diffusion patterns of pollutants and the prediction of rain generation. Large-Eddy Simulation (LES) is currently the main method for ABL turbulence simulation, and the key is how to construct sub-grid-scale (SGS) stress model and flux model by using the velocity and scalar field information of analytic scale. For ABL turbulence, a typical non-isotropic turbulence under high Reynolds number conditions, the viscous SGS model based on the Boussinesq hypothesis has many problems, such as large prior errors and strong posterior dissipation. This study introduces a new nonlinear SGS flux model, which simulates the structure of SGS flux (relative magnitude of vector components) based on velocity and scalar gradients without assuming the direction of energy transfer. In addition, the local equilibrium hypothesis is discarded, and kinetic equations are adopted to consider the reverse energy transfer and predict the dynamic evolution of SGS flux intensity. The study used a neutral ABL benchmark operating condition and systematically evaluated the model by comparing it with existing theoretical predictions and various flow statistics, as well as comparing its performance with traditional viscous SGS models. Specifically, when LES reaches statistical stability, we focus on the prediction results of the model for dimensionless velocity gradient, dimensionless scalar gradient, energy spectrum, and flow field structure under different grid conditions. The results show that in addition to obtaining reliable flow field structure, compared with the traditional viscous SGS model, the new model significantly improves the accuracy of dimensionless gradient prediction and turbulence energy spectrum prediction. In addition, we discussed the reasons for the improved prediction performance of the new model. Compared with the traditional viscous SGS model, which has a strong dissipation problem, the new model adopts a dynamic nonlinear modeling method, which can predict the reverse energy transport in ABL turbulence and better capture small-scale vortices. 展开更多
关键词 大涡模拟 亚网格通量 非线性 局部平衡 大气边界层
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边界层高度的不同诊断方法在京津冀及周边地区的适用性分析
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作者 程楠 黄鹤 +1 位作者 张文煜 张昕宇 《气候与环境研究》 CSCD 北大核心 2024年第1期1-12,共12页
利用2016~2021年京津冀及周边地区7个站的探空数据,分析了传统的位温梯度法、改进的位温梯度法、相对湿度梯度法、比湿梯度法和理查森数法5种大气边界层高度的诊断方法在京津冀及周边地区大气边界层高度计算的适用性。结果表明:5种方法... 利用2016~2021年京津冀及周边地区7个站的探空数据,分析了传统的位温梯度法、改进的位温梯度法、相对湿度梯度法、比湿梯度法和理查森数法5种大气边界层高度的诊断方法在京津冀及周边地区大气边界层高度计算的适用性。结果表明:5种方法计算的边界层高度差距在40~1000 m,传统的位温梯度法、相对湿度梯度法、比湿梯度法诊断的边界层高度普遍偏高,且存在较大的结构不确定性,理查森数法和改进的位温梯度法诊断的边界层高度偏低,前者的不确定性最小;5种方法在乐亭、北京、太原3个代表站得到的边界层高度具有明显的季节性和季节内差异,两种湿度法在乐亭呈现夏秋高、春冬低的特点,在北京和太原呈现春夏高、秋冬低的特点,其他3种方法在3个站均是春夏高、秋冬低的特点;相对湿度梯度法和比湿梯度法参数不确定性较大,传统的位温梯度法和改进的位温梯度法次之,理查森数法最小;在边界层高度计算结果月均值的时间一致性上,晚上各方法间的相关性明显高于白天,两种湿度法之间的相关系数始终最高,但与另外3种方法间的相关性均较差,理查森数法和改进的位温梯度法相关性较高,传统的位温梯度法因站点不同,与其他方法间的相关性波动较大。 展开更多
关键词 京津冀 大气边界层高度 诊断方法 适用性
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中国夏季边界层高度及其主要影响因子的分区研究 被引量:1
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作者 吴雯璐 陈海山 +2 位作者 郭建平 许智棋 张潇艳 《大气科学》 CSCD 北大核心 2024年第3期1201-1216,共16页
中国区域下垫面复杂且边界层热力和动力影响因子众多,目前缺乏对全国范围内边界层高度及其影响因子的综合分析。本文基于2012~2016年L波段高分辨率探空资料,采用K-prototypes算法结合12个可能影响因子将中国夏季边界层高度进行了聚类分... 中国区域下垫面复杂且边界层热力和动力影响因子众多,目前缺乏对全国范围内边界层高度及其影响因子的综合分析。本文基于2012~2016年L波段高分辨率探空资料,采用K-prototypes算法结合12个可能影响因子将中国夏季边界层高度进行了聚类分析,以探讨中国夏季边界层高度的区域性特征和主要影响因子。结果表明,中国区域100个站点08、14、20时(北京时,下同)的边界层高度均可划分为东北、东南、西北和西南4个区域。在此基础上,分析了三个不同时次不同区域边界层高度的主要影响因子,并探究这些因子影响不同热力状态下边界层发展的可能机理。结果表明:稳定边界层早(08时)、晚(20时)的发展主要受风速湍流动力作用的影响,而中午14时的发展与间歇性湍流作用密切相关。中性和对流边界层的发展在早上也主要受风速的驱动,而在中午则主要受较高地表温度和较大地表净辐射通量所引起的湍流热力作用驱动。此外,东北地区的云量和比湿、东南地区的潜热通量、西北地区的感热通量和比湿、西南地区的感热通量和土壤湿度也会通过对热力湍流的直接或间接影响,从而影响该区域中性和对流边界层的发展。晚上,由于东西时差的影响,在东部地区,风速开始成为中性和对流边界层高度的主要影响因子,而西部地区边界层高度的主要影响因子仍为热力因子。值得注意的是,北部地区的叶面积指数可以通过植被蒸腾作用改变比湿,从而影响边界层的发展;东北地区地表气压的变化可以通过影响气流的上升和下沉运动从而影响边界层的发展。 展开更多
关键词 大气边界层高度 影响因子 聚类 不同稳定度类型
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