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黄土高原夜间地表能量不平衡问题的初步研究
1
作者 赵建华 张强 +4 位作者 王胜 梁芸 张良 岳平 赵福年 《地球物理学报》 北大核心 2025年第2期385-398,共14页
一般认为白天的地表能量不平衡(surface energy imbalance,SEI)主要由涡动相关法造成,但夜间湍流受到抑制,其产生的原因尚不清楚.本文分析了夜间与白天地表能量的区别,认为夜间土壤热量存在的双向传递慢过程、向上长波辐射位相延后与湍... 一般认为白天的地表能量不平衡(surface energy imbalance,SEI)主要由涡动相关法造成,但夜间湍流受到抑制,其产生的原因尚不清楚.本文分析了夜间与白天地表能量的区别,认为夜间土壤热量存在的双向传递慢过程、向上长波辐射位相延后与湍流相干结构是其重要原因.为此,本文利用黄土高原典型代表站的观测数据,对夜间SEI展开研究.发现:(1)考虑慢过程后,夜间土壤温度、土壤热通量、土壤热储与地表土壤热通量均有一定程度的增大,其能量闭合率(Energy BalanceRatio,EBR)提高了0.02或3%,达到0.71,能量平衡残差(Residual,Res)绝对值降低了0.8 W·m^(-2)或4%,为17.0 W·m^(-2);(2)考虑向上长波辐射位相延后,夜间向上长波辐射和净辐射均有所降低,其EBR也为0.71,也提高了0.02或3%,|Res|为15.5W·m^(-2),降低了2.3W·m^(-2)或13%;(3)考虑相干结构的贡献后,感热与潜热分别增大了53%(绝对值)和35%,其EBR未有显著变化,但|Res|降低了1.1W·m^(-2)或6%;(4)既考虑慢过程,又考虑向上长波辐射位相延后和相干结构时,夜间EBR为0.73,提高了0.04或6%,|Res|为14.8 W·m^(-2),降低了3.0 W·m^(-2)或17%.显然,这三个过程均可改善夜间地表能量闭合水平,但综合效应改善更大;(5)增加Durand(2022)提出的湍流通量漏失部分,可使EBR提高0.03,达到0.76,|Res|降低1.4 W·m^(-2),达到13.4 W·m^(-2),但也未闭合,故涡动相关法可能不是夜间SEI产生的主要原因.分析发现,长波辐射计的观测误差较大,且无世界标准;检测结果显示,长波辐射存在系统误差,且EBR和Res与长波辐射均存在显著的正相关关系,因此我们认为长波辐射的系统误差可能是夜间SEI产生的主要原因,提高长波辐射计的观测精度应该是改善夜间地表能量闭合水平的重要途径. 展开更多
关键词 夜间地表能量不平衡 慢过程 长波辐射位相延后 湍流相干结构 长波辐射计精度
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地-气界面科学与全球变化研究 被引量：2
2
作者 傅平青 胡伟 +8 位作者 赵曦 徐占杰 丁士元 吴礼彬 邓君俊 姜哲 李晓东 朱佳雷 刘丛强 《地学前缘》 北大核心 2025年第3期92-104,共13页
随着全球变化加剧,地-气界面作为地球系统中关键的物质与能量交换界面,成为理解气候变化、生态演变以及地球系统反馈机制的重要窗口。地-气界面过程涉及大气与陆地、海洋之间的能量与物质交换,是陆地和海洋生态系统动态变化的核心,直接... 随着全球变化加剧,地-气界面作为地球系统中关键的物质与能量交换界面,成为理解气候变化、生态演变以及地球系统反馈机制的重要窗口。地-气界面过程涉及大气与陆地、海洋之间的能量与物质交换,是陆地和海洋生态系统动态变化的核心,直接影响地球系统的演变。地-气界面科学研究对于深入理解地球系统的动力学过程至关重要,是地球系统科学中的重要前沿问题之一。本文首先概述了地球系统科学视角下的地-气界面科学研究,总结了地球系统结构中的地-气界面及其作用,以及地-气界面物质与能量交换过程与全球变化的关系。其次,综述了地-气界面过程对大气环境的影响,地-气界面过程对生态系统的碳、氮等元素循环、水循环及其功能服务的影响,以及陆-海-气系统作用与全球气候变化。最后,提出了地-气界面科学研究的前沿与挑战,包括建设地-气界面科学的多尺度跨学科研究体系,如天-地-空立体观测系统优化、地-气界面过程的模式研究与多尺度耦合机制、人工智能时代的地-气界面科学研究等,极地、高山和滨海等生态和气候敏感区的地-气界面过程及影响等。地-气界面科学研究将在气候变化应对、生态环境保护和可持续发展等领域发挥更加重要的作用。 展开更多
关键词 地-气界面 全球变化 生物地球化学循环 地球系统模式 陆-海-气相互作用
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土壤冻融过程中的水热参数化方案研究进展 被引量：1
3
作者 侯雅 李伟平 左金清 《高原气象》 北大核心 2025年第1期1-15,共15页
冻土是陆地冰冻圈的重要组成部分,其冻融循环变化能够影响土壤结构、土壤水热传输以及土壤生物化学等过程,并通过陆-气相互作用影响局地甚至全球天气气候。因此,研究土壤冻融过程对冻土区人类生产生活和了解区域外天气气候变化具有重要... 冻土是陆地冰冻圈的重要组成部分,其冻融循环变化能够影响土壤结构、土壤水热传输以及土壤生物化学等过程,并通过陆-气相互作用影响局地甚至全球天气气候。因此,研究土壤冻融过程对冻土区人类生产生活和了解区域外天气气候变化具有重要的科学意义。本文回顾了土壤中的砾石、有机质对土壤冻融过程的影响及物理机制,总结了土壤冻融过程中水热参数化的相关研究成果,包括土壤导热率和水力学参数的计算、水热耦合方案以及冻融锋面计算方案等。相对于普通的矿物质土粒而言,砾石具有高导热率和低热容,有机质具有低导热率和高热容,他们对热量在土壤中的传输及土壤温度垂直分布有不同的影响。另外,砾石和有机质的存在改变了土壤孔隙度、土壤基质毛细作用与吸附作用,进而影响水分在土壤中的传输过程和垂直分布。已有研究表明:(1)当前大部分数值模式中土壤导热率采用Johansen方案及其派生方案进行计算,其中Balland-Arp方案考虑了砾石和有机质对土壤导热率的影响,该方案更好地刻画了土壤冻融过程中土壤导热率变化的连续性;综合考虑热-水-变形相互作用的导热率参数化方案可以较好地刻画土壤冻融过程中的水热耦合和土体冻胀的作用,对相变过程中土壤导热率变化特征的模拟更符合实际观测。(2)过冷水参数化方案刻画了土壤液态水在0℃以下存在的事实;相变温度方案描述了土壤相变温度低于0℃且不固定的事实;导水阻抗方案考虑了土壤冻结对土壤水分下渗的阻抗作用,改善了对冻土区水文过程的模拟效果。(3)土壤冻融过程伴随着水分的相变和能量的转化,水热耦合方案的发展能够较好地刻画土壤中热力-水文过程的协同变化特征,细化了对冻融过程中水分和能量相互作用的复杂物理机制的描述。(4)等温框架的数值模式通过模拟每层土壤中间深度的冻融过程代表该模式分层的整体特征,导致对冻融深度的严重高估或低估,尤其是对厚度较大的模式深层土壤,冻融锋面计算方案的提出和应用减小了这种模拟偏差。目前土壤冻融参数化方案的不足之处包括:绝大多数数值模式没有考虑土壤盐分导致土壤水的冰点降低这一事实;虽然大部分数值模式考虑了土壤有机质对土壤水、热传输的影响,但是模式中对土壤有机质含量及垂直分布的考虑与植被根系的生长状态脱节;模式模拟的土壤深度不足并且下边界通量为零的假定不符合实际情况。发展土壤溶质传输参数化方案以模拟盐分的分布、刻画植被根系生长过程和土壤有机质的分布特征、考虑深层土壤对浅层的热力学影响并完善数值模式中的下边界条件,这些是未来陆面模式改进土壤冻融过程模拟的可能方向。 展开更多
关键词 土壤冻融过程 参数化方案 土壤导热率 土壤水文参数 冻融锋 水热耦合
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Noah-MP模式中动态植被模块参数优化在黄河流域植被的应用 被引量：1
4
作者 崔守波 刘永和 《地理科学》 北大核心 2025年第5期1118-1129,共12页
提高陆面模型对区域植被动态的模拟精度对研究植被与陆面水热循环的相互影响具有重要意义。参数优化是改进陆面模型模拟精度的一种有效手段。本文针对Noah-MP陆面模型在黄河流域的应用,通过调整动态植被模拟有关的5个参数并完成多次重... 提高陆面模型对区域植被动态的模拟精度对研究植被与陆面水热循环的相互影响具有重要意义。参数优化是改进陆面模型模拟精度的一种有效手段。本文针对Noah-MP陆面模型在黄河流域的应用,通过调整动态植被模拟有关的5个参数并完成多次重复模拟试验后,参照卫星遥感获取的叶面积指数(LAI)产品分析了参数变化对植被模拟性能的影响,选出了最优参数集合。参数优化较大程度地解决了原默认参数对部分区域LAI模拟的低估问题和季节性滞后问题,对多种植被类型模拟的相关系数(R)、Nash效率系数(NSE)和均方根误差(RMSE)均有明显改善,如对落叶阔叶林,R从0.489增至0.879,NSE从−0.83增至0.46,RMSE从2.22降至1.21。与相应的遥感产品对照表明,此次参数优化还提升了模型对黄河流域总初级生产力的模拟性能。 展开更多
关键词 黄河流域 Noah-MP模型 动态植被模型 LAI GPP
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研制闪烁仪的技术性能分析
5
作者 欧阳梦玥 徐自为 刘绍民 《高原气象》 北大核心 2025年第4期1109-1122,共14页
基于2016-2022年黑河流域阿柔和大满观测站的观测数据,从原始数据质量、性能情况(观测精度、稳定性和环境适应性)以及长时间序列观测的水热通量变化特征合理性等三方面分析了我国研制的近红外闪烁仪(LAS)、双波段闪烁仪(OMS)的技术性能... 基于2016-2022年黑河流域阿柔和大满观测站的观测数据,从原始数据质量、性能情况(观测精度、稳定性和环境适应性)以及长时间序列观测的水热通量变化特征合理性等三方面分析了我国研制的近红外闪烁仪(LAS)、双波段闪烁仪(OMS)的技术性能,为促进研制闪烁仪性能的改进和提升,推动我国研制闪烁仪的产业化提供支撑。结果表明:(1)在惯性副区,研制LAS和微波闪烁仪(MWS)的原始高频数据功率谱斜率与理论值相符,原始数据质量较好;(2)在阿柔站和大满站,以国外闪烁仪为参考,研制LAS观测感热通量均方根误差分别为8.81 W·m^(-2)、12.61 W·m^(-2),平均相对误差分别为12.5%、12.51%;以德国OMS和美国涡动相关仪(EC)观测值为参考,研制OMS观测潜热通量均方根误差为16.24 W·m^(-2)、24.82 W·m^(-2),平均相对误差为13.21%、12.07%,研制闪烁仪具有较好的观测精度;同时,基于多年观测结果的分析也表明研制闪烁仪稳定性较好,在高海拔、高温、高湿、低温、低湿的极端环境条件下能正常工作,具有较好的环境适应性;(3)在相对均匀下垫面,研制闪烁仪获得的感热和潜热通量与涡动相关仪一致性较好,观测通量的季节变化特征基本一致。以上结果表明研制闪烁仪具有良好性能,具备在各种野外环境条件下长期开展地表水热通量观测的能力。 展开更多
关键词 研制闪烁仪 数据质量 观测精度 稳定性 环境适应性
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玛曲高寒草甸生态系统碳水通量与水分利用效率特征研究
6
作者 高叶荣 李锁锁 +2 位作者 王少影 潘永洁 曾鼎文 《高原气象》 北大核心 2025年第4期892-907,共16页
研究青藏高原高寒草甸生态系统碳水通量及水分利用效率(WUE)特征对准确评估气候变化背景下高寒草地生态系统的碳收支、水循环及碳水耦合具有重要意义。本文利用2012-2017年青藏高原东部中国科学院西北生态环境资源研究院若尔盖高原湿地... 研究青藏高原高寒草甸生态系统碳水通量及水分利用效率(WUE)特征对准确评估气候变化背景下高寒草地生态系统的碳收支、水循环及碳水耦合具有重要意义。本文利用2012-2017年青藏高原东部中国科学院西北生态环境资源研究院若尔盖高原湿地生态系统研究站玛曲观测点高寒草甸下垫面的涡动相关系统的观测资料,分析了生长季碳水通量、WUE的变化特征,并结合多元逐步回归和结构方程模型两种统计方法,得到了生长季碳水通量和WUE变化的主要驱动因子。结果表明:(1)玛曲高寒草甸生态系统6年的年平均净生态系统碳交换(NEE)、生态系统呼吸(Re)和总初级生产力(GPP)分别为-109.7、798.6和908.3 gC·m^(-2)·a^(-1),整体呈碳汇;蒸散(ET)6年年平均值为446.5 kg·m^(-2)·a^(-1);WUE 6年平均值为2.0 gC·kg^(-1)。(2)生长季NEE和GPP日变化呈现明显的单峰型,在一日14:00(北京时,下同)左右达到峰值,Re全天变化较为平缓,夜晚略低于白天;ET日变化呈单峰型,月平均值和月累积值在7月达到最大;WUE日变化呈不对称的“U”型曲线,最小值出现在13:00-14:00,WUE日值和日变化幅度在7、8月较大。(3)在生长季,多元逐步回归和结构方程模型均证实了温度在控制碳通量中的主导作用,以及辐射在控制ET中的主导作用,温度和太阳辐射是生长季WUE的主要影响因素。 展开更多
关键词 青藏高原 高寒草甸 涡动相关 碳水通量 水分利用效率
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夏季午后重庆大气边界层垂直结构分析
7
作者 姜平 翟丹华 +2 位作者 朱浩楠 吴遥 张芬 《高原气象》 北大核心 2025年第5期1339-1351,共13页
利用雷达探空加密观测资料,对夏季午后重庆山地大气边界层的垂直结构进行分析,给出不同天气条件下大气边界层的一般特征。结果表明,晴天及多云条件下,夏季午后重庆大气边界层表现为典型的对流边界层结构:晴天,对流边界层发展旺盛,地表... 利用雷达探空加密观测资料,对夏季午后重庆山地大气边界层的垂直结构进行分析,给出不同天气条件下大气边界层的一般特征。结果表明,晴天及多云条件下,夏季午后重庆大气边界层表现为典型的对流边界层结构:晴天,对流边界层发展旺盛,地表加热明显,近地面超绝热层较厚、位温递减率较大,边界层高度平均可达1.5 km,最高达到2.1 km;多云条件下,对流边界层相对较弱,边界层高度平均只有1.0 km。阴天,大气边界层表现为典型的上午时段的边界层结构,即在对流边界层与夹卷层之间存在稳定边界层和残余混合层,对流边界层厚度较低,在0.8 km以下。降雨时,大气边界层位温表现出中性层结特征,即不存在明显的对流边界层结构。在无明显天气过程条件下,边界层的风速整体较低,小于5.0 m·s^(-1),甚至出现静风,比湿随高度的变化与位温大致相反;降水条件下,由于受不同天气系统和过程的影响,边界层的风场和湿度特征相对比较复杂和多变。 展开更多
关键词 夏季午后 大气边界层 垂直结构 天气条件
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川南森林冠层上方动量和标量的湍流输送效率
8
作者 丁一 张宇 +4 位作者 范德民 苏有琦 张茜 王严琪 王彦淇 《高原气象》 北大核心 2025年第3期705-719,共15页
利用2021年5月1日至6月30日在川南森林60 m微气象塔测量的3层(20 m、38 m和56 m)湍流数据来研究冠层上方动量和标量的湍流输送特征。相干结构是湍流运动的主要形式,由上升气流(喷射)和下沉气流(扫掠)两部分组成。本文利用象限分析法分... 利用2021年5月1日至6月30日在川南森林60 m微气象塔测量的3层(20 m、38 m和56 m)湍流数据来研究冠层上方动量和标量的湍流输送特征。相干结构是湍流运动的主要形式,由上升气流(喷射)和下沉气流(扫掠)两部分组成。本文利用象限分析法分析了森林冠层上方粗糙副层、粗糙副层和常通量层的边界及常通量层的喷射-扫掠运动特征,包含喷射和扫掠对通量贡献的差异、动量和标量传输之间的差异以及不同标量(T、q、CO_(2))传输之间的差异。结果表明:在不稳定和稳定条件下,喷射在所有三层高度上主导标量传输,而扫掠是在中性条件下粗糙副层之上传输标量的主要涡流运动。对于动量通量,在不稳定条件下,所有三层高度处,喷射都占主导作用,在稳定条件下,在粗糙副层和常通量层处,喷射占主导作用,而在粗糙副层和常通量层的边界,扫掠的作用大于喷射,在中性条件下,除了粗糙副层以外,扫掠的通量贡献都大于喷射。三阶累积量展开法(CEM)可以更准确地表现喷射和扫掠产生的通量贡献,截断累积量展开法(ICEM)对粗糙副层和常通量层边界处的温度模拟较差。通过传输效率的计算,进一步量化了动量和标量传输之间的差异。动量的湍流传输效率随不稳定性的增加而降低,而热量传输效率则相反。大气稳定性是控制动量和标量传输的重要因素,水汽的传输效率受大气稳定性的影响较小。强不稳定条件下,热量传输效率比其他标量传输更有效。 展开更多
关键词 象限分析 喷射扫掠 传输效率 森林冠层
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极地冰区海-气湍流热量交换的研究综述
9
作者 张功 韩博 +1 位作者 杨清华 陈枫壕 《高原气象》 北大核心 2025年第5期1123-1132,共10页
全球变暖导致南极与北极海冰发生了快速变化,并引起了一系列气候反馈。在这些反馈过程中,极区海-气湍流热量交换起到了关键作用。太阳辐射作为极区海表能量的主要来源,主要用于海冰融化和海-气热量交换,但海冰较高的反照率导致其对辐射... 全球变暖导致南极与北极海冰发生了快速变化,并引起了一系列气候反馈。在这些反馈过程中,极区海-气湍流热量交换起到了关键作用。太阳辐射作为极区海表能量的主要来源,主要用于海冰融化和海-气热量交换,但海冰较高的反照率导致其对辐射的吸收较小。海-气热量交换受海表与大气的温度梯度、湿度梯度等影响,海冰边缘区以显热为主,距离海冰较远处以潜热为主,在北极以显热为主,而在南极以潜热为主,并且南北极的海-气热量通量均具有季节性特征。海冰在一定程度上会阻碍海-气的热量交换。因此,准确的海冰区海-气湍流热量交换参数化是模拟海-气相互作用关键,但受极区环境的限制,现场观测资料仍然极度稀缺,精确刻画海冰区的海-气湍流交换依然极具挑战性。在未来研究中,应加强极区海气通量的观测网络建设,尤其是海冰区的原位观测,这对深刻理解极区海气作用对气候变化的影响,降低气候模式的不确定性至关重要。其次,充分考虑海冰的动力与热力因素,进一步优化参数化方案,或研发新模型,提高模拟精度。再者,明确海冰区波浪对海-气湍流热量交换的影响,补充研究的空白。最后,进一步评估极区海-气湍流热量交换对气候变化的贡献,深入揭示极区海洋对气候变化的反馈机制。 展开更多
关键词 海-气湍流交换 能量收支 海冰边缘区 走航观测
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青藏高原东南缘不同类型生态系统碳、水交换特征 被引量：1
10
作者 刘辉志 杜群 +4 位作者 许鲁君 刘阳 蒙小妮 邵雅梅 郑颖祺 《大气科学》 CSCD 北大核心 2024年第1期188-199,共12页
青藏高原东南缘横断山脉地区是南亚和东亚季风的交汇处,也是大气变化的敏感区和热源区。开展该地区地气相互作用对区域水热过程影响机制及其参数化研究,对于研究青藏高原大气水汽传输的关键过程问题有重大意义。本文介绍了基于涡动观测... 青藏高原东南缘横断山脉地区是南亚和东亚季风的交汇处,也是大气变化的敏感区和热源区。开展该地区地气相互作用对区域水热过程影响机制及其参数化研究,对于研究青藏高原大气水汽传输的关键过程问题有重大意义。本文介绍了基于涡动观测法开展的青藏高原东南缘地区的地气相互作用观测试验,并总结了洱海湖面、丽江高山草甸及腾冲北海湿地的地气交换特征,以及利用数值模式开展复杂山地局地环流特征的研究工作。目前已初步明确和揭示青藏高原东南缘横断山脉不同类型下垫面的地气交换特征及其影响因素,主要结论如下:青藏高原东南缘高山草甸的碳、水交换过程受降水分布影响显著,“浮毯型”湿地(水面常年覆盖有“浮毯”状苔草草排)的碳、水交换除了受气象因素影响外,也受到下垫面植被和水体比例变化的影响。不同类型生态系统的碳、水交换过程在不同时间尺度的影响因子存在差别。风速始终是湖泊潜热和CO_(2)交换的关键影响因子,而降水在较长时间尺度对湖泊CO_(2)通量也有显著影响。此外,青藏高原东南缘的复杂地形对于生态系统的碳、水交换过程也有显著影响。复杂地形产生的不同类型的局地环流对于生态系统的碳、水交换过程有不同的影响。 展开更多
关键词 地气相互作用 潜热通量 净碳交换 涡动相关
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冬季温室大棚内外地气相互作用的对比观测
11
作者 杨宾 左洪超 +2 位作者 吴凤广 陈伯龙 黄威 《兰州大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期718-725,共8页
利用寿光微气象观测实验中2016年11月16日-2017年4月11日的观测资料,研究冬季温室大棚覆盖农田下垫面地气相互作用特征.结果表明,温室大棚内和棚外气象要素差异明显,棚内风速远低于棚外,大棚的塑料薄膜具有保温保湿作用,冬季有利于农作... 利用寿光微气象观测实验中2016年11月16日-2017年4月11日的观测资料,研究冬季温室大棚覆盖农田下垫面地气相互作用特征.结果表明,温室大棚内和棚外气象要素差异明显,棚内风速远低于棚外,大棚的塑料薄膜具有保温保湿作用,冬季有利于农作物生长,棚内土壤温度和土壤含水量均高于棚外,棚内和棚外5 cm土壤热通量均值分别为0.33和-5.40 W/m^(2).棚内和棚外净辐射均值分别为36.1和37.3 W/m^(2),地表反照率均值分别为0.19和0.23.棚内封闭环境的感热、潜热通量可忽略,棚外的感热和潜热通量均值分别为10.6和13.2 W/m^(2),潜热略高于感热通量. 展开更多
关键词 温室大棚覆盖 观测一致性 能量闭合率 地气相互作用特征
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中国典型地形风能资源的湍流特征分析 被引量：2
12
作者 贺园园 方艳莹 +1 位作者 程雪玲 朱蓉 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期724-734,共11页
选取4种风能开发利用的典型地形,对其大气边界层风场特别是湍流场的特征进行分析。通过分析不同下垫面无量纲方差与无量纲稳定度参数z/L的关系,表明均在风力机标准的湍流模型适用范围内。湍流动能随风速呈指数增长,不同稳定度下指数差... 选取4种风能开发利用的典型地形,对其大气边界层风场特别是湍流场的特征进行分析。通过分析不同下垫面无量纲方差与无量纲稳定度参数z/L的关系,表明均在风力机标准的湍流模型适用范围内。湍流动能随风速呈指数增长,不同稳定度下指数差异明显。湍流动能的垂直变化,除受稳定度影响外,还与下垫面有关。东海塘沿海局地平坦地形和锡林浩特平坦草原下垫面,湍流动能随高度变化较小;鄱阳湖湖陆交界复杂下垫面,近地面湍流动能明显增大,随着高度的增加,湍流动能迅速下降;河北尚义起伏的中山丘陵下垫面,地形使下层湍流动能随高度减小,上层湍流动能随高度增大。摩擦速度廓线与湍流动能廓线基本一致,但其最大值并不一定在地表附近。 展开更多
关键词 大气边界层 风能 大气湍流 风能资源 湍流动能 下垫面
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华南切变线研究的现状与展望 被引量：2
13
作者 田莹 姚秀萍 《气象》 CSCD 北大核心 2024年第3期275-290,共16页
华南前汛期暴雨研究一直是大气科学领域的研究热点,也是难点。华南切变线是华南地区最为重要的天气系统之一,与华南前汛期降水密切相关。为了提高华南地区暴雨的预报能力,深化对华南切变线的认识,文章从华南切变线的定义、结构、发展机... 华南前汛期暴雨研究一直是大气科学领域的研究热点,也是难点。华南切变线是华南地区最为重要的天气系统之一,与华南前汛期降水密切相关。为了提高华南地区暴雨的预报能力,深化对华南切变线的认识,文章从华南切变线的定义、结构、发展机制、影响作用、与其他天气系统相互作用等方面,回顾了华南切变线的相关研究及其成果。同时,结合预报业务实际,展望了在多源大气探测资料不断出现的当今,华南切变线研究值得进一步深入的科学问题。 展开更多
关键词 华南切变线 研究进展 展望
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基于WRF-LES模式的大气边界层近地风场精细化模拟研究 被引量：1
14
作者 刘达琳 陶韬 +2 位作者 曹勇 周岱 韩兆龙 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期220-231,共12页
台风等极端气象灾害对工程结构安全造成严重威胁,研究近地面大气边界层精细化模拟对于土木工程具有重要应用价值.数值天气预报系统(WRF)中的大涡模拟(LES)模块具有参数方案多、精度高等优点,适用于近地面风场精细化模拟,但数值天气预报... 台风等极端气象灾害对工程结构安全造成严重威胁,研究近地面大气边界层精细化模拟对于土木工程具有重要应用价值.数值天气预报系统(WRF)中的大涡模拟(LES)模块具有参数方案多、精度高等优点,适用于近地面风场精细化模拟,但数值天气预报-大涡模拟(WRF-LES)精细化模拟效果与参数设置密切相关.寻求适用于精细化模拟近地面风场的参数设置,选用WRF-LES模式中的几种次网格模型和空间差分格式,采用较细密的网格分辨率,进行理想大气边界层模拟.对比平均风速剖面、湍流强度剖面和功率谱等风场特性,讨论关键参数对近地面风场模拟精度的影响,确定合适的参数设置.研究表明:对次网格模型,非线性回波散射和各向异性(NBA1)模型可有效改善近地面风场模拟精度;对网格方案,在计算域底部不均匀加密垂直网格可更好地描述近地面风场空间分布特征,有效减小计算资源;对空间差分格式,偶数阶差分相较奇数阶差分格式可捕获更小尺度湍流结构.所提出的WRF-LES模式参数方案,可为精细化模拟近地面风场和台风边界层提供技术参考. 展开更多
关键词 次网格模型 网格分辨率 空间差分格式 数值天气预报-大涡模拟
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Fitch风电场参数化方案入流风速的校正及效果检验 被引量：1
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作者 谢泽明 余晔 +2 位作者 董龙翔 马腾 王雪薇 《高原气象》 CSCD 北大核心 2024年第3期790-801,共12页
风电场的尾流会影响大气边界层的动量和湍流通量,进而影响局地气候和环境。包含风电场参数化的中尺度数值模式是研究风电场对气候和环境影响的有力工具。本研究将高分辨率的大涡模拟(Large Eddy Simulation, LES)结果作为“真值”,评估... 风电场的尾流会影响大气边界层的动量和湍流通量,进而影响局地气候和环境。包含风电场参数化的中尺度数值模式是研究风电场对气候和环境影响的有力工具。本研究将高分辨率的大涡模拟(Large Eddy Simulation, LES)结果作为“真值”,评估了WRF中尺度模式中的Fitch风电场参数化方案在风机区和尾流区的风速和湍流动能廓线,提出了校正网格入流风速的方法。该方法考虑网格等效推力造成的阻塞效应,并利用经典动量理论推导出的关系式对网格入流风速进行订正,使其更接近自由入流风速。结果显示,原始Fitch风电场参数化方案给出的网格入流风速和大涡模拟结果的差距明显,且受模式水平分辨率的影响较大。在不同的水平分辨率下(1000 m、 500 m和250 m),校正了网格入流风速的Fitch-new风电场参数化方案给出的网格入流风速与自由入流风速的相对误差绝对值都<1%,得到的空间平均推力和输出功率与大涡模拟结果一致。Fitch-new参数化方案改进了风电场尾流区风速亏损的模拟,尤其是对高分辨率下风机网格的风速亏损,模拟的风电场尾流区湍流动能的增加量和垂直分布虽然比原始Fitch方案有所改进,但仍存在一定问题,需进一步研究。 展开更多
关键词 风电场 参数化 数值模拟 模式评估 大涡模拟
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基于CE-318观测的甘肃省气溶胶光学特性分析 被引量：1
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作者 黄芳芳 马伟强 +6 位作者 王遂缠 张鸿 孔小怡 卢品睿 王旭东 刘昊 闫一丹 《高原气象》 CSCD 北大核心 2024年第1期241-253,共13页
对于大气气溶胶地基观测资料的定量分析是了解气溶胶光学特性和大气污染特征的基本途径,可为探讨污染治理方向提供一定的依据。近年来,利用地基观测资料分析甘肃省不同区域气溶胶光学特性的研究较少。为了解甘肃省不同下垫面的大气气溶... 对于大气气溶胶地基观测资料的定量分析是了解气溶胶光学特性和大气污染特征的基本途径,可为探讨污染治理方向提供一定的依据。近年来,利用地基观测资料分析甘肃省不同区域气溶胶光学特性的研究较少。为了解甘肃省不同下垫面的大气气溶胶光学特性,本文基于2018年4月至2020年9月CE-318型太阳光度计观测资料,通过ASTPwin软件反演获得了甘肃省四个站点的气溶胶光学厚度AOD,计算了Angstrom波长指数α,分析了甘肃省不同区域不同季节AOD和α的分布和变化特征以及气溶胶光学厚度和波长指数的关系。结果表明:(1)观测时段内,所有站点各波段AOD的变化趋于一致,且AOD值随波长增大而减小。兰州和皋兰山AOD值冬季最高,春、秋季次之,夏季最低,兰州冬、春季AOD值分别比年均值超出14.98%和4.68%,皋兰山冬季AOD值比年均值超出3.88%。敦煌和民勤AOD值均为春季最高,比各自的年均值高出24.49%和26.30%。敦煌AOD季节分布为:春季>夏季>冬季>秋季,而民勤则表现为从春到冬季逐渐减小的趋势。(2)兰州和皋兰山春夏季主控粒子为粗模态,秋冬季则为细颗粒物主导。敦煌和民勤大气气溶胶常年由粗模态粒子主控。2019年冬季,兰州市区AOD值比其城郊的皋兰山高出68.0%;敦煌和民勤2019年春季沙尘气溶胶污染较为严重,敦煌AOD值比民勤超出42.42%。(3)四个站点AOD和α的频率分布均呈单峰曲线,不同季节AOD高频次分布范围存在差异性,但都处于1.0以下。α的高频次范围分布较为复杂,兰州春季、皋兰山春夏季、敦煌四季、民勤春夏秋季,α分布区间均小于1.0,而兰州夏秋冬季、皋兰山秋冬季、民勤冬季α主要分布于1.1以上。(4)不同季节AOD和α的关系存在差异,表现为不同季节,大气出现严重或者局部污染时,气溶胶的主控粒子粒径大小不同。春季大气出现局部或者严重污染、夏季大气局部污染时,四个站点气溶胶主要是大粒径粒子,其中沙尘气溶胶的贡献较大。夏季大气处于严重污染时,皋兰山气溶胶主要是细模态粒子,兰州、敦煌、民勤气溶胶依然由粗模态主控,但是兰州小粒径粒子导致的污染比重高于其余两站,其中85%以上属于城市工业-气溶胶污染。秋季大气处于严重污染状况时,兰州和皋兰山均由细模态粒子主导,其中城市工业-气溶胶占比明显增加,而敦煌和民勤依然由粗模态粒子主导,其中沙尘气溶胶占比偏重。冬季大气严重污染时,兰州依然由细模态粒子主导,而其他三站由粗模态粒子占据主导地位,冬季大气局部污染时,敦煌和民勤粗模态粒子与细模态粒子同时出现,皋兰山以细模态粒子为主。分析可知,总体上甘肃偏北地区气溶胶污染以沙尘气溶胶为主,而偏南地区气溶胶污染表现为粗模态与细模态粒子交替出现,这为下一步结合卫星遥感资料研究甘肃不同区域的气溶胶特性及大气污染特征提供了一些参考。 展开更多
关键词 CE-318太阳光度计 气溶胶光学厚度(AOD) 地基观测 甘肃省
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建筑物顶端几何特征对上行先导起始影响的3D模拟 被引量：2
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作者 郭秀峰 高玥 +3 位作者 章玲 赵念 汪兆霞 黄可洋 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第15期6154-6163,共10页
建筑物几何特征对上行先导始发具有重要影响,基于三维变网格雷击物理模型,在不同几何特征建筑物和不同雷电流峰值情况下,探讨了下行负地闪过程中,建筑物顶部上行正先导始发影响因素。除了发现建筑物高度对先导的始发具有促进作用外,还... 建筑物几何特征对上行先导始发具有重要影响,基于三维变网格雷击物理模型,在不同几何特征建筑物和不同雷电流峰值情况下,探讨了下行负地闪过程中,建筑物顶部上行正先导始发影响因素。除了发现建筑物高度对先导的始发具有促进作用外,还得到以下结论:①雷电流峰值I_(P)相同时,建筑物的高度越高,其几何形状对上行稳定先导起始的影响(η)就越小。建筑物高度相同时,雷电流峰值越大,η越小;②圆柱塔形尖端的上行稳定先导最容易起始,且最接近针形,η最小,为12.2%。长方体形上的稳定先导起始最晚,η最大,可达53.4%;③对于高度较矮和雷电流峰值较小的情况下,尖端几何形状(塔形或斜坡)对先导起始的影响较明显。 展开更多
关键词 高建筑物 上行先导 几何形状 雷电流峰值
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三维电晕放电模型的开发与应用
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作者 郭秀峰 章玲 +2 位作者 高玥 汪兆霞 赵念 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第10期3997-4004,共8页
电晕放电是研究地闪过程和雷电预警的关键,而以往的模型多为二维模型或一维模型,且多以单个建筑物电晕放电为研究对象,因此建筑物(群)电晕放电的研究受到越来越多的关注,三维电晕放电模型的开发具有重要的意义。开发了考虑风场与忽略风... 电晕放电是研究地闪过程和雷电预警的关键,而以往的模型多为二维模型或一维模型,且多以单个建筑物电晕放电为研究对象,因此建筑物(群)电晕放电的研究受到越来越多的关注,三维电晕放电模型的开发具有重要的意义。开发了考虑风场与忽略风场两种不同情况下的三维电晕放电模型,并通过应用于单针系统、双针系统以及九针系统,研究风场对单针系统电晕放电的影响以及多个尖端之间电晕放电的相互影响,以证明本文模型的可靠性与准确性。不同于均匀网格的划分,所开发的三维模型所采用变网格划分的方法不仅可以实现对大模拟域中细小尖端的精细化模拟,还能扩大模拟域范围;与一维和二维模型相比,本文模型能更全面地获取三维空间中电晕电荷的时空演变特征,且适用于研究多个尖端之间电晕放电的特征,如九针系统,这也是以往模型所无法实现的。 展开更多
关键词 电晕放电 三维电晕放电模型 变网格划分 精细化模拟
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边界层内大气排放物形成重污染背景解析 被引量：79
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作者 任阵海 苏福庆 +5 位作者 高庆先 卢士庆 洪钟祥 胡非 张美根 雷霆 《大气科学》 CSCD 北大核心 2005年第1期57-63,i003,共8页
我国大气中的粒子浓度普遍较高 ,特别是可吸入颗粒物PM10。在区域特定的大气环境过程的影响下 ,能形成大范围的严重污染情景。利用大气环境过程的概念 ,分析引起大气重污染的中尺度天气系统、近地层小尺度局地系统和稳定的大气边界层结... 我国大气中的粒子浓度普遍较高 ,特别是可吸入颗粒物PM10。在区域特定的大气环境过程的影响下 ,能形成大范围的严重污染情景。利用大气环境过程的概念 ,分析引起大气重污染的中尺度天气系统、近地层小尺度局地系统和稳定的大气边界层结构 ,发现大范围均压场条件下易出现近地层小尺度局地环流群体 ,大范围均压场持续演变和移动常形成大气污染汇聚带 ,从而形成局地严重污染的重要大气条件。 展开更多
关键词 重污染 大气排放 PM10 大气环境 大气污染 局地环流 颗粒物 近地层 层结 中尺度天气系统
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北京地区PM_(10)质量浓度与边界层气象要素相关性分析 被引量：62
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作者 郭利 张艳昆 +2 位作者 刘树华 李炬 马雁军 《北京大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第4期607-612,共6页
对北京市2007年观象台观测站PM10质量浓度资料、观象台气象自动站资料、风廓线资料和探空资料进行了数据分析。结果表明,在污染物源强一定的条件下,污染物的积累、稀释、扩散和清除主要取决于气象条件。近地面风速、温度、湿度、气压和... 对北京市2007年观象台观测站PM10质量浓度资料、观象台气象自动站资料、风廓线资料和探空资料进行了数据分析。结果表明,在污染物源强一定的条件下,污染物的积累、稀释、扩散和清除主要取决于气象条件。近地面风速、温度、湿度、气压和边界层高度等气象条件对于可吸入颗粒物的污染程度有着很重要的影响:PM10质量浓度与地面风速、温度、湿度、气压和大气边界层高度呈显著相关性,并且相关性随季节变化明显。其中,6月PM10质量浓度与地面风速和大气边界层高度呈负相关性,而与温度呈正相关,11月则与温度成负相关;风速与PM10质量浓度之间的相关性可以用二次多项式来描述,二者呈"U"形变化。另外由11月份PM10质量浓度资料的分析表明,当月PM10质量浓度最小值对应的风速为4.1 m/s。 展开更多
关键词 PM10质量浓度 一元曲线回归 大气边界层 近地面风速 气压 边界层高度
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