非均匀下垫面边界层的观测和数值模拟研究 (I):冷岛效应和逆湿现象的完整物理图像

利用HEIFE、DHEX和GAME/Tibet3个观测试验和部分常规气象站观测资料,分析了下垫面非均匀条件下产生的冷岛效应和逆湿现象的完整物理图像以及它们对地表能量和五水转化的影响。分析结果表明,下垫面非均匀特征对五水转化有着明显的影响;冷岛效应和逆湿现象是下垫面非均匀性的必然结果,它们在自然界普遍存在;现有陆面过程模式很难刻画冷岛效应和逆湿现象,通常现有陆面过程模式很难将冷岛效应中的热量平流转化成蒸发潜热,同时陆面过程模式也混淆了逆湿现象和发生在下垫面上的大气水的冷却凝结。这些评述将有助于今后非均匀陆面过程的进一步研究。

非均匀下垫面边界层的观测和数值模拟研究 (Ⅱ):逆湿现象的数值模拟研究

研究了逆湿现象,针对陆面过程模式的缺陷,利用文献[1]给出的逆湿现象形成的物理模型,设计了新的陆面过程参数化方案。该新方案成功地模拟出了发生在绿洲附近的沙漠上的逆湿现象,模拟结果与实际观测的结果相互吻合,这表明所建立的新的陆面过程参数化方案是可行的。这些结论将为今后非均匀陆面过程研究提供有益的启示。

邻近绿洲的荒漠表层土壤逆湿和对水分"呼吸"过程的分析

利用"我国西北干旱区陆气相互作用试验"2000年8～9月在甘肃敦煌进行的野外观测资料,分析了临近绿洲的荒漠戈壁土壤湿度和大气湿度特征,发现:活动层内土壤空气湿度远离饱和状态,水分以气态和液态两种形态存在和输送;由于绿洲效应影响,临近绿洲的荒漠戈壁不仅近地层空气多为逆湿,而且这种空气逆湿在夜间较强时可以继续向土壤活动层延伸。土壤湿度日变化能清楚地被区分为湿维持(1～6时)、水分损失(7～11时)、干维持(12～18时)和水分补充(19～0时)等4个阶段,其中湿维持阶段的土壤逆湿是最主要的结构特征,这一土壤湿度结构表明夜间土壤可以通过凝结吸收大气水分,它与白天的土壤水分蒸发共同构成土壤对大气水分的"呼吸"过程;活动层土壤逆湿的形成与土壤温度状态、大气逆湿强度和大气稳定度都有关。

绿洲附近荒漠大气逆湿的外场观测和数值模拟

用ＨＥＩＦＥ实验观测资料，给出了临近绿洲的荒漠大气比湿廓线的一些特性。并且用发展的二维中尺度土壤一植被一大气连续体数值模式模拟了绿洲及其临近荒漠大气的湿度廓线结构，再现了荒漠大气的逆湿，得到了荒漠大气比湿廓线几种典型形式及其表现规律，初步解释了荒漠大气逆湿形成的物理过程和机制。

塔克拉玛干沙漠南缘策勒流沙前缘与绿洲内部近地面逆温逆湿特征研究

利用新疆策勒流沙前缘及绿洲内部的野外气象观测数据,运用同步对比与统计分析方法,分析塔克拉玛干沙漠流沙前缘及绿洲内部近地表0.5 m和2m高度之间逆温逆湿特征,揭示不同时期、典型天气状况下的逆温逆湿特征,为沙漠与绿洲内部的热量和水汽运移交换提供理论依据。结果表明:流沙前缘月平均相对湿度最大值出现在10月,最小值出现在4月,气温最高出现在8月,最低出现在1月。2011年7月逆温逆湿强度最大,逆湿日数占总逆湿日数的38.71%,逆温日数占总逆温日数的3.76%。逆温时间集中在傍晚19:00至上午10:00之间,逆湿出现在上午10:00至晚上21:00之间。绿洲内部月最低气温出现在2011年1月,最高气温出现在2011年7月,相对湿度最小值出现在2011年4月,最大值(74.91%)出现在2010年9月。最强逆温逆湿现象出现在2010年的11月,平均日温差3.48℃,垂直高度湿差达2.27%。总体上,在流沙前缘与绿洲内部,冬季的相对湿度整体上大于夏季的相对湿度,而气温整体上表现为夏季高冬季低,同一高度的温度与湿度呈现较好的负相关性。在4种典型天气情况下,流沙前缘与绿洲内部出现的温湿度变化和逆温逆湿特征变化趋势基本一样,但出现的时间上基本存在绿洲内部提前流沙前缘滞后的现象,但在晴天和扬沙天气下,逆湿在流沙地出现的时间提前而流沙前缘滞后。绿洲内部出现的逆温逆湿持续时间一般比流沙地持续的时间较长。

黑河实验区沙漠戈壁上空“逆湿”的数值模拟

本文采用区域大气模拟系统－ＲＡＭＳ，模拟了黑河实验区沙漠戈壁 上空的“逆湿”，并研究了“逆湿”发生时沙漠戈壁大气边界层结构。模拟结果表明， “逆湿”形成是平流作用的结果，沙漠戈壁边界层内较小的风速，弱不稳定层结及存 在的下沉气流都有利于其近地层内逆湿的形成。

基于Aqua卫星AIRS数据的南大洋大气逆温和逆湿特性研究

南大洋大气普遍存在着逆温和逆湿现象,其分布和变化对海-冰-气之间的物质和通量交换具有重要影响。利用Aqua卫星上搭载的大气红外探测器(AIRS)观测数据,提取了南大洋大气的逆温和逆湿特性,并研究了其时空分布与变化特征。此外,以全球无线电探空数据集的探测结果为参考值,分析了AIRS在进行大气逆温和逆湿探测过程中受到云量影响的特征。结果表明,AIRS估计的逆温特性受云量的影响较小,在多云条件下AIRS也可精确地估计逆温特性。利用AIRS最新的第7版(V7)数据产品对2004-2020年南大洋大气逆温和逆湿的频率(强度)进行研究,发现秋冬季比春夏季高(强),在龙尼冰架、罗斯冰架和南极半岛附近的海域的大气出现逆温和逆湿现象较其他区域更频繁,且强度更强。

绿洲沙漠边缘逆湿的数值研究

利用包含陆面过程的中尺度数值模式MM5和观测资料,对金塔绿洲边缘逆湿进行了数值研究。模拟结果显示:逆湿出现在沙漠和绿洲交界附近,主要出现在临近绿洲的沙漠上。逆湿和绿洲下游沙漠边缘较充沛的水汽有利于绿洲边缘沙生植物的生长。在临近绿洲的沙漠低层存在大范围的逆湿,随着高度的增加,逆湿范围由绿洲向外围沙漠逐渐减少,强度也在减弱。绿洲风携带的水汽对沙漠的影响有一定距离限制,越靠近绿洲,临近绿洲的沙漠比湿越大,逆湿消失的高度越低。在背景风场较弱的晴好天气下,当存在由绿洲向沙漠辐散的平流以及沙漠上的上升气流和绿洲下沉运动的过渡带位于绿洲边缘时,易形成逆湿。

从湿热瘀逆论治慢性浅表性胃炎300例疗效观察

目的:观察从湿热瘀逆论治慢性浅表性胃炎的疗效。方法:将441例患者随机分为2组,治疗组300例采用从湿热瘀逆论治的方法(组成:黄芩10g,黄连10g,公英30g,丹参30g,砂仁10g,檀香10g,旋覆花10g,代赭石30g,云苓30g,泽泻10g)治疗;对照组141例用气滞胃痛冲剂治疗,疗程均为2周。结果:治疗后治疗组总有效率优于对照组(P<0.05,P<0.01)。治疗后治疗组各项症状积分位均较治疗前显著降低(P<0.01);对照组各项症积分值亦有不同程度降低(P<0.05),但治疗组在改善胃脘胀满、呃逆气上冲心胸、口苦、胃脘压痛拒按、舌苔黄腻等积分明显优于对照组(P<0.05)。治疗组时胃镜下万钻膜充血、水肿、出血、康烂的疗效优于对照组(P<0.05,P<0.01)。结论:从湿热瘀逆论治慢性浅表性胃炎疗效显著。

塔中春季晴天近地层温度、湿度和风速廓线特征

利用最新安装的塔中“80m观测塔梯度探测系统”资料，详细分析了塔中春季晴天近地层80m高度内平均温度、湿度和风速廓线日变化分布特征，得出以下一些结果：（1）温度廓线有夜间辐射型、早上过渡型、白天日射型和傍晚过渡型四种。夜间近地层大气层结稳定，呈逆温特征；最强逆温出现在凌晨06时，此时，80m高度温差为11．1℃。白天，近地层80m内温度递减率在2．7—5．2℃／100m之间，大气一直处于超绝热不稳定状态。（2）湿度廓线有日夜之分。夜间，30m以下比湿随高度增高急剧变小，30m以上比湿随高度增加而增大，大气呈逆湿特征。白天，比湿随时间一直逐渐变小。在近地层30—50m之间有一个厚度约20m的逆湿层，全天都存在。（3）风速廓线也有日夜之分。夜间稳定层结，廓线风速值以比对数关系更快的速度向上递增，曲线弯向风速轴。白天不稳定层结，廓线风速值以比对数关系较慢的速度向上递增，曲线弯向高度轴。只有在10m以下高度，日夜间的风廓线近似遵循对数律关系。

塔中春季阴天近地层风速、温度和湿度廓线特征分析

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。

金塔绿洲风场与温湿场特征的数值模拟

使用美国NCAR新版MM5V3.6非静力平衡模式,采用三重嵌套的降尺度方法,模拟研究了甘肃河西走廊金塔绿洲风场与温湿场特征。结果表明:由于绿洲的存在,绿洲沙漠系统产生的次级环流对局地环流有一定影响;平流作用将沙漠中的干热空气送向绿洲,绿洲近地层会出现逆温,感热向地表输送;沙漠上由于临近绿洲的水汽平流作用,上层大气湿度比低层更大,这就是逆湿现象。

塔克拉玛干沙漠腹地沙尘暴过境时近地层风速、温度和湿度廓线特征

利用塔中80m梯度观测塔探测系统采集的资料,详细的分析了2006年4月10日沙尘暴过境时,塔克拉玛干沙漠腹地近地层风速、温度和湿度廓线的演变特征。结果表明:风速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减小的对数律关系;沙尘暴由爆发前到过境时,温度廓线的温度值由随高度增高而增大转变为温度值随高度增高而减小,同时在贴地层2m处存在一微弱拐点;沙尘暴过境时,近地层大气出现微弱逆湿现象,并在不同高度上存在多处拐点,比湿增减在时间上与风速的增减呈负相关性,且整个沙尘暴天气是一个降温增湿的过程。

克拉玛依区域逆温层特征分析

通过对克拉玛依区2010年4月~2017年12月L波段探空资料中逆温层的提取,得出我区逆温层结构的特征:(1)我区逆温层的年总日数呈“增加-减少-增加”的波状变化,表现为准三年周期的变化现象。早间(08时)出现的逆温日数约是晚间(20时)的1.7倍。(2)我区逆温层存在明显的月分布差异。在12~2月我区常年受逆温层控制,从3月开始,晚间出现的逆温日数明显减少,傍晚时大气底层的增温大大减少了辐射逆温的干扰性。6~7月为逆温层明显变化的时期,说明这两个月中大气底层多为非稳定层结,天气也较复杂多变。从10月起,晚间逆温日数逐渐增多。(3)我区逆温层中厚度和强度呈反相关性,这在冬、夏两季最为明显,表现为冬季时逆温层多呈厚度较厚、逆温强度较小的稳定状态,而在夏季为厚度薄、逆温强度大的特点,春、秋两季逆温厚度相近。所以夏季逆温层内储存的热力能量有利于局地对流性天气发生发展。(4)春夏秋三季逆温层中,层结表现为上暖下冷、上干下湿型,这种结构易形成对流不稳定层结。但冬季逆温层常呈上暖下冷、上湿下干型,即逆温与逆湿同时存在,加强了逆温层的稳定性,为我区冬季持续性阴雾天气的维持提供了有利的条件。(5)冬季我区逆温层底盛行东北风,明显区别于其他季节。一年中只有冬季在底层存在明显的西南风,这可能与我区阴雾天气存在联系。冬季逆温层内风速很小,有利于逆温层垂直结构的稳定维持,较稳定的层结结构也阻挡了高空冷空气直接到达地面影响我区。而夏季逆温层顶风向较为杂乱,这可能是受到局地对流天气的影响。

北冰洋及其邻近海域极昼期间大气边界层结构特征试验研究

1999年 7— 9月中国“雪龙”号破冰船首航北极科学考察期间 ,利用TMT(系留式气象塔 )大气边界层探测系统 ,对北冰洋及其邻近海域不同下垫面进行较长时间的连续多次观测 .观测到的大气边界层廓线 ,其中包括比湿廓线的多层、逆湿结构 (逆湿强度最强为 0 .7g/(1 0m·kg) ) ;风向、风速廓线的切变结构 (风向切变为 1 .1°/m ,风速切变为 0 .1 1 (m·s- 1 ) /m .特别是持续数日、厚达几百米、其平均逆温强度有时高达 1 .4℃ /1 0m的逆温结构 ,这种北冰洋海域特有的大气边界层结构 ,与地球气候系统中其他圈层的大气边界层结构有明显差别 .据此 ,提出了对该海域大气 -海冰 -海洋间动量、感热和潜热等湍流通量垂直交换以及热量平衡等有重要影响的大气逆温的屏障过程 .这为研究北极地区对全球气候影响、模拟北极地区现代气候和未来气候等提供一条新的思路 .此外 ,文中还给出该海域不同下垫面稳定大气边界层的高度 .

临近绿洲的沙漠上空近地面层内水汽输送特征

1991年7月在HEIFE实验区沙漠站进行了一次水汽输送观测实验。观测发现近地面层内比湿廓线常常出现极小值,该极小值高度为零水汽通量面的高度。这个高度以上水汽向下输送,廓线呈逆湿特征,这个高度以下水汽向上输送,廓线呈蒸发特征。沙漠上空近地面层内水汽不是常通量,在一个固定高度上观测到的水汽通量和“潜热通量”不能代表地面的蒸发量和潜热通量。

初夏敦煌荒漠戈壁大气边界结构特征的一次观测研究

利用"西北干旱区陆气相互作用野外观测实验"加强期在甘肃省敦煌市气象站进行的风、温、湿探空观测资料,分析了西北典型干旱区大气边界层的结构特征和变化规律。结果表明,大气边界层厚度总体而言明显偏高,对流边界最高层厚度可超过4000m,稳定边界层也在1000m左右的高度;2750m附近为风向转变高度,其下全为偏东风,其上全为偏西风,这个风向转变高度有一定日变化,在观测的9天内每天的日变化规律保持了很好的一致性;边界层风速切变较大,大多数时候有低空东风急流出现,急流最强可达到近20m·s-1,急流高度在500m左右;边界层内比湿廓线有时在大约500m高处出现逆湿,一般以夜间更为显著。

河西地区不同下垫面边界层特征分析

利用1991年10月HEIFE实验期间获取的系留气球梯度探测资料,对比分析了黑河地区常见的三种不同下垫面(绿洲、沙漠和戈壁)边界层风、温度、湿度场的分布规律。客观验证了河西地区秋季午夜后出现的低空急流和逆湿气层两大特点,为进一步研究黑河地区水分与能量循环对环境的影响、土地的开发利用等提供事实依据。