基于机器学习的大气边界层高度预测方法研究

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作者 白嘉怡 魏伟 +1 位作者 张宏昇 车慧正 《大气科学学报》 北大核心 2025年第3期404-416,共13页

大气边界层高度受多种气象因素影响,正确掌握大气边界层高度连续变化和演变规律具有重要意义。为解决传统技术手段获取大气边界层高度存在的时空分辨率低、误差偏大等问题,本研究基于机器学习方法--XGBoost,利用2016年1月—2019年5月北... 大气边界层高度受多种气象因素影响,正确掌握大气边界层高度连续变化和演变规律具有重要意义。为解决传统技术手段获取大气边界层高度存在的时空分辨率低、误差偏大等问题,本研究基于机器学习方法--XGBoost,利用2016年1月—2019年5月北京地区长期的地面气象观测、风廓线测风雷达和探空观测数据进行训练,确定算法模型估算大气边界层高度,预测了2019年6月—2020年5月北京地区大气边界层高度。结果表明:在晴朗的白天,模型预测效果最好,与真实观测存在较高的一致性,相关系数达到0.86;夜间预测效果较差。地表温度、相对湿度、风速是对模型预测结果影响最显著的特征。预测的边界层高度呈现显著日变化,日出之后迅速发展,午后逐渐下降,夜间逐渐达到平稳;春夏季北京地区边界层高度日变化较为显著,可达1 km;秋冬季日变化幅度较小,约为700 m。总体上,XGBoost算法预测边界层高度的能力优于多元线性回归算法和支持向量回归算法。基于机器学习的边界层高度估计和预测方法避免了传统手段设置阈值带来的误差,为边界层高度连续观测和预测提供了新思路。 展开更多

关键词 XGBoost方法 机器学习 大气边界层高度 日变化

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安徽阜阳地区边界层高度的长期变化特征及其影响机制 被引量：1

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作者 路传彬 戴秋丹 +4 位作者 谢正辉 陈娟 孙向明 张思超 戴铁 《大气科学》 CSCD 北大核心 2024年第6期2110-2124,共15页

安徽省阜阳市是人口和粮食大市,城镇化进程的加快引起的气候和环境问题急需关注,研究气候变化引起的阜阳市长期边界层结构和气象条件变化特征具有重要意义。我们利用阜阳市常规气象观测数据和阜阳市探空站2010~2019年间的L波段高分辨率... 安徽省阜阳市是人口和粮食大市,城镇化进程的加快引起的气候和环境问题急需关注,研究气候变化引起的阜阳市长期边界层结构和气象条件变化特征具有重要意义。我们利用阜阳市常规气象观测数据和阜阳市探空站2010~2019年间的L波段高分辨率探空观测资料以及ERA5再分析资料,采用总体理查森数方法计算了行星边界层高度(PBLH),对比分析了阜阳市PBLH的长期变化特征;并分析了多年月平均、季节和年际尺度的PBLH与10 m风速、近地面气温、相对湿度、大气压等气象影响因子的关系,以及观测和ERA5 PBLH差异的原因。结果表明:阜阳08时(北京时,下同)和20时探空观测的PBLH全年均小于500 m,这是由于太阳辐射在这两个时段比较弱,边界层没有充分发展或正在向夜间稳定边界层过渡。20时的PBLH高于08时的,是由于20时气压低、温度高和相对湿度小共同造成边界层抬升更高,超过风速低造成的降低影响。PBLH有显著的季节变化,夏季>春季>冬季>秋季。ERA5的PBLH与探空观测的季节变化特征大致相同。08时ERA5的PBLH比观测总体偏高23 m,这是由于ERA5风速偏高、温度偏高和气压偏低等原因造成;20时则是ERA5的PBLH总体偏低99 m,其影响因素比较复杂。ERA5与探空观测的PBLH多年月平均相关系数比较高,在08时和20时分别为0.91和0.74,因此可以用ERA5资料在阜阳站点及东南地区进行PBLH长期趋势研究。观测和ERA5年平均PBLH逐年的波动变化一致,探空PBLH是波动中保持平稳,ERA5则是在波动中略微下降(不具有显著性水平小于0.05的统计学意义)。月平均尺度上地表气象因子对PBLH有显著影响,气压和风速的影响都比较大,温度和湿度的影响次之。探空观测的月平均PBLH值与地面气压和相对湿度都呈现显著的负相关关系,而与地表温度和风速都呈显著正相关关系。08时比20时的相关性都更强一些;年平均PBLH值与地面气象要素的关系并不显著,因此虽然气候变化导致地表温度上升相对湿度增加,但年平均PBLH改变并没有呈现一定趋势。加密观测的结果表明,探空观测和ERA5的PBLH都随时间02~20时由低逐渐升高再降低,白天深厚,夜晚浅薄,反应了PBLH的典型日变化特征。 展开更多

关键词 L波段无线电探空 行星/大气边界层高度 阜阳 总体理查森数

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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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大气边界层高度确定及应用研究进展 被引量：29

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作者 张宏昇 张小曳 +8 位作者 李倩惠 蔡旭晖 范绍佳 宋宇 胡非 车慧正 权建农 康凌 朱彤 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期522-536,共15页

大气边界层高度是表征边界层特征的重要参量,影响边界层内水热、物质、能量的垂直分布,也是数值模拟、环境评估中的重要参数。从湍流运动、热力作用、动力作用以及物质分布等多视角总结了大气边界层高度的定义及确定方法,回顾了采用直... 大气边界层高度是表征边界层特征的重要参量,影响边界层内水热、物质、能量的垂直分布,也是数值模拟、环境评估中的重要参数。从湍流运动、热力作用、动力作用以及物质分布等多视角总结了大气边界层高度的定义及确定方法,回顾了采用直接观测手段和遥感手段确定大气边界层高度的不同方法,对比了大气边界层高度不同获取手段的优缺点,梳理了大气边界层高度参数化方案,探讨了大气边界层高度确定中存在的问题,并提出未来相关研究和应用可能突破方向。 展开更多

关键词 大气边界层高度 湍流边界层 物质聚集层 遥感反演 参数化

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青藏高原中部地区不稳定大气边界层高度的确定与分析 被引量：20

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作者 宋星灼 张宏升 +7 位作者 刘新建 范邵华 刘辉志 胡非 李诗明 周明煜 卞林根 徐祥德 《北京大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期328-333,共6页

利用1998年第2次青藏高原大气科学实验(TibetPlateauExperiment,TIPEX)当雄大气边界层加强观测站的湍流观测资料,计算了青藏高原中部地区不稳定大气边界层的高度;结合低空探空获取的温度随高度的探测资料,对比分析了高原边界层演变规律... 利用1998年第2次青藏高原大气科学实验(TibetPlateauExperiment,TIPEX)当雄大气边界层加强观测站的湍流观测资料,计算了青藏高原中部地区不稳定大气边界层的高度;结合低空探空获取的温度随高度的探测资料,对比分析了高原边界层演变规律,以及实验站干季、雨季不同时期的高原边界层发展规律异同;讨论了高原边界层厚度受高原地形的影响。得到高原边界层演变规律及高原边界层发展迅速,持续时间长等特点。 展开更多

关键词 青藏高原 大气边界层高度 峰值频率 湍流谱

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敦煌夏末大气垂直结构和边界层高度特征 被引量：34

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作者 韦志刚 陈文 黄荣辉 《大气科学》 CSCD 北大核心 2010年第5期905-913,共9页

本文利用西北干旱区陆-气相互作用野外观测试验(NWC-ALIEX)2008年8月11～18日的探空试验资料,分析了中国西北干旱区敦煌地区的大气垂直结构和边界层高度特征。结果表明,对流层顶大约在距地15000m高度左右,为第二(副热带)对流层顶;水汽... 本文利用西北干旱区陆-气相互作用野外观测试验(NWC-ALIEX)2008年8月11～18日的探空试验资料,分析了中国西北干旱区敦煌地区的大气垂直结构和边界层高度特征。结果表明,对流层顶大约在距地15000m高度左右,为第二(副热带)对流层顶;水汽主要集中在距地6500m以下对流层,0℃层在距地3000～4000m高度波动,逆湿层高度在0℃层左右摆动;在距地5000m以上的对流层基本被西北风或偏西风统治,在距地9000～13000m左右的对流层高层,存在一个风速为25～50m/s的西北风或偏西风极大值;敦煌夏末存在特厚边界层,对流边界层高度可达4200m,稳定边界层高度可达1300m。 展开更多

关键词 大气垂直结构 边界层高度 敦煌 中国西北干旱区

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中国西北地区大气边界层高度变化特征——基于探空资料与ERA-Interim再分析资料 被引量：19

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作者 赵采玲 李耀辉 +3 位作者 柳媛普 周甘霖 张铁军 孙旭映 《高原气象》 CSCD 北大核心 2019年第6期1181-1193,共13页

利用中国西北地区2015年9月至2016年8月38个站点L波段探空观测、2016年7月加密探空观测和ERA-Interim边界层高度资料,对比分析了西北地区大气边界层高度变化特征。观测资料表明,在中国西北地区,08:00(北京时,下同)冬季边界层高度最高;20... 利用中国西北地区2015年9月至2016年8月38个站点L波段探空观测、2016年7月加密探空观测和ERA-Interim边界层高度资料,对比分析了西北地区大气边界层高度变化特征。观测资料表明,在中国西北地区,08:00(北京时,下同)冬季边界层高度最高;20:00春季边界层高度最高,边界层高度从西部到东部有显著降低的趋势。ERA-Interim资料基本能表现出边界层高度的区域分布,但相对于探空观测得到的边界层高度,除夏季20:00外,ERA-Interim再分析资料边界层高度均偏低。全年平均而言,08:00(20:00)偏低160 m(170 m),其中在08:00(20:00),冬季(春季)偏低最显著。08:00边界层高度与低层稳定度、近地层温度和风速相关更加显著;20:00边界层高度与低层稳定度和相对湿度相关更加显著。2016年7月加密观测资料对比表明,ERA-Interim资料的对流(中性)边界层高度显著偏高;低层稳定度、相对湿度偏小,风速偏大可能是造成边界层高度偏高的原因;ERA-Interim资料的稳定边界层高度偏低,与低层稳定度和近地层温度偏低相关,但其影响因素相对更加复杂。 展开更多

关键词 L波段探空 ERA-Interim资料 大气边界层高度 中国西北地区

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感热变化对东亚地区大气边界层高度的影响 被引量：16

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作者 万云霞 张宇 +1 位作者 张瑾文 彭艳秋 《高原气象》 CSCD 北大核心 2017年第1期173-182,共10页

利用1979-2009年NCEP/CFSR全球大气边界层高度(PBLH)、感热通量月平均资料,运用多种统计方法,探讨了东亚地区大气边界层高度和感热通量的变化特征,并研究了两个要素场之间的相互关系。结果表明:夏季大气边界层高度东部增高、西部降低,... 利用1979-2009年NCEP/CFSR全球大气边界层高度(PBLH)、感热通量月平均资料,运用多种统计方法,探讨了东亚地区大气边界层高度和感热通量的变化特征,并研究了两个要素场之间的相互关系。结果表明:夏季大气边界层高度东部增高、西部降低,而冬季则与夏季相反。夏季青藏高原地区感热有减少的趋势,其余地区以增加为主;冬季东部地区及新疆西部感热减少,其余地区感热增加。夏季奇异值分析第一模态表明青藏高原地区的感热通量减少时,相应地区的PBLH降低;内蒙古东部和东北地区的感热增加时,相应地区的PBLH增加。该空间型在一定程度上反映了青藏高原、内蒙古东部及东北地区,PBLH变化主要受地表加热影响,且年代际变化显著。夏季奇异值分析第二模态表明当青藏高原南侧、华北的感热增加(减少)时,相应地区的PBLH升高(降低),该空间型年际变化较显著,一定程度上反映了大气边界层高度及感热在高原主体及其南侧分布的差异。冬季奇异值分析第一模态主要表现为在我国东西部反相变化的分布;冬季奇异值分析第二模态表现为华北和华东地区与其余地区反相相关的分布。冬季两个空间型均具有一定的年代际变化特征。在青藏高原及其南侧和西北干旱半干旱区部分地区,PBLH变化主要受地表加热的影响,而在东部季风区,感热变化仅是影响PBLH变化的因素之一。 展开更多

关键词 东亚地区 大气边界层高度 感热

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地基微波辐射计探测大气边界层高度方法 被引量：25

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作者 刘思波 何文英 +1 位作者 刘红燕 陈洪滨 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2015年第5期626-635,共10页

采用2013年中国科学院大气物理研究所香河大气综合观测试验站的地基微波辐射计和激光雷达观测数据,以激光雷达探测的大气边界层高度为参考,分别利用非线性神经网络和多元线性回归方法建立微波亮温直接反演大气边界层高度的算法,并对比... 采用2013年中国科学院大气物理研究所香河大气综合观测试验站的地基微波辐射计和激光雷达观测数据,以激光雷达探测的大气边界层高度为参考,分别利用非线性神经网络和多元线性回归方法建立微波亮温直接反演大气边界层高度的算法,并对比两种方法的反演能力,同时分析非线性神经网络算法在不同时段及不同天气状况下反演结果的差异。结果表明:非线性神经网络算法的反演能力优于多元线性回归算法,其反演结果与激光雷达探测的大气边界层高度有较好一致性,冬、春季的相关系数达到0.83,反演精度比线性回归算法约高26%;对于不同时段和不同天气条件,春季的反演结果最好,晴空的反演结果好于云天;四季和不同天气状况的划分也有利于提高反演精度。 展开更多

关键词 微波亮温 大气边界层高度 激光雷达 神经网络 多元线性回归

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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：3

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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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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

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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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青藏高原夏季大气边界层高度与地表能量输送变化特征分析 被引量：28

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作者 苏彦入 吕世华 范广洲 《高原气象》 CSCD 北大核心 2018年第6期1470-1485,共16页

利用NCEP-FNL大气边界层高度资料和NCEP/DOE(NECP2)的地面感热、潜热通量再分析格点资料,分析了2000-2016年夏季青藏高原(下称高原)地区的大气边界层高度及感热、潜热的基本气候特征、年际变化及空间分布,地表能量输送对大气边界层高度... 利用NCEP-FNL大气边界层高度资料和NCEP/DOE(NECP2)的地面感热、潜热通量再分析格点资料,分析了2000-2016年夏季青藏高原(下称高原)地区的大气边界层高度及感热、潜热的基本气候特征、年际变化及空间分布,地表能量输送对大气边界层高度的影响机理,并分析了影响大气边界层高度与地表能量输送的主要影响因子。结果表明:夏季高原整体呈大气边界层高度显著下降,潜热通量显著上升,感热通量先增后降的变化趋势。2009年是高原大气边界层高度的气候突变时间点,其他物理量的变化趋势也在2009年发生了转折变化。大气边界层高度和地表能量输送的线性变化趋势分布具有明显的区域差异,以91°E为界将高原分为东、西两部分,东部与西部地区的变化特征明显不同;东部、西部地区的变化特征2009年前后也有很大差异。影响西部地区大气边界层高度和地表热通量的主要因子是0～10 cm土壤含水率和10 m风速;影响东部地区大气边界层高度和地表热通量的主要因子则是云量。在2009年气候突变时间前、后,各影响因子的影响程度有很大变化。夏季高原低层热低压辐合、高层南亚高压辐散的环流形式,为地表能量输送影响高原大气边界层发展提供了动力条件,有利于上升运动。上升运动的气流能将水汽相变中释放的凝结潜热输送至对流层上层,有利于形成潜热通量和南亚高压的正反馈。 展开更多

关键词 青藏高原 大气边界层高度 地表能量输送 时空分布 变化特征

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地基遥感联合反演大气边界层高度与ERA5再分析资料比对分析 被引量：8

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作者 杨世昆 杨玲 +5 位作者 张雪芬 陶法 何平 茆佳佳 焦志敏 徐文铎 《气象》 CSCD 北大核心 2023年第2期178-187,共10页

利用北京国家综合气象探测试验基地超大城市观测试验建设的地基垂直遥感设备(激光气溶胶雷达、微波辐射计及风廓线雷达),使用2021年5—8月的观测资料,根据不同设备的探测优势以及边界层的日变化规律,利用激光气溶胶雷达、微波辐射计、... 利用北京国家综合气象探测试验基地超大城市观测试验建设的地基垂直遥感设备(激光气溶胶雷达、微波辐射计及风廓线雷达),使用2021年5—8月的观测资料,根据不同设备的探测优势以及边界层的日变化规律,利用激光气溶胶雷达、微波辐射计、风廓线雷达观测资料进行联合反演,得到全天候大气边界层高度。并将联合反演所得的边界层高度与探空资料计算及ERA5再分析资料提供的全天候大气边界层高度进行比较,发现:联合反演边界层高度与ERA5数据提供的大气边界层高度有较好的一致性;激光气溶胶雷达适用于白天对流边界层的观测,微波辐射计适用于夜间稳定边界层的观测,使用微波辐射计与风廓线雷达联合反演大气边界层高度可以改善弱降雨时单设备的反演结果;联合反演的大气边界层高度结果与单设备反演大气边界层高度均符合大气边界层的日变化规律;得到的联合反演边界层高度与探空数据计算得到的大气边界层高度差值的标准偏差为62 m,相较于ERA5数据提供的一定范围内大气边界层高度均值,联合反演边界层高度能更精准地反映更小范围内的大气边界层高度。 展开更多

关键词 地基垂直遥感 激光气溶胶雷达 微波辐射计 风廓线雷达 联合反演 大气边界层高度

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不同边界层高度诊断方法对海洋大气边界层高度诊断的适用性研究 被引量：3

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作者 董议文 张蕴斐 +3 位作者 张戈 韩博 李响 易侃 《海洋预报》 CSCD 北大核心 2021年第6期64-72,共9页

利用南海北部2019年6—7月的船载GPS秒级探空数据,对比研究了5种不同的边界层高度诊断算法在计算海洋大气边界层高度方面的适用性,并利用该数据分析了南海北部海气边界层高度的日变化特征。结果表明:相对湿度梯度法和比湿梯度法诊断的... 利用南海北部2019年6—7月的船载GPS秒级探空数据,对比研究了5种不同的边界层高度诊断算法在计算海洋大气边界层高度方面的适用性,并利用该数据分析了南海北部海气边界层高度的日变化特征。结果表明:相对湿度梯度法和比湿梯度法诊断的边界层高度普遍偏高,且存在较大的不确定性,气块法、位温梯度法和理查森数法诊断的边界层高度较为合理,且理查森数法诊断结果不确定性最小;南海北部6—7月的平均边界层高度在500~700 m,边界层高度日变化平均约为278 m,总体变化趋势为先升高后降低,每日14时达到最大值。边界层高度的日变化主要受太阳辐射的影响,其变化趋势与海表温度及气温的变化趋势一致;同时,南海季风带来的大量暖湿气流及海洋的特殊环境的原因,海气温差较小,导致海上湍流活动受到抑制,平均边界层高度相对较低,边界层高度日变化较小。 展开更多

关键词 海洋大气边界层高度 GPS探空 诊断算法 日变化

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南海大气边界层高度的气候特征研究 被引量：2

15

作者 董议文 李响 +3 位作者 张蕴斐 王剑 易侃 姚佳伟 《海洋预报》 CSCD 北大核心 2023年第1期79-90,共12页

利用1979—2020年逐时的ERA5再分析数据,研究了南海区域大气边界层高度的气候特征及其影响因子。结果表明:南海区域平均大气边界层高度为500~800 m,空间上呈中间高、四周低的分布特征。南海大气边界层高度具有显著的季节变化特征,总体... 利用1979—2020年逐时的ERA5再分析数据,研究了南海区域大气边界层高度的气候特征及其影响因子。结果表明:南海区域平均大气边界层高度为500~800 m,空间上呈中间高、四周低的分布特征。南海大气边界层高度具有显著的季节变化特征,总体按照冬季、秋季、夏季、春季依次递减,日变化较小,大部分区域边界层高度的日变化幅度小于300 m,日循环比较平缓。南海大气边界层高度显著的季节变化特征主要受海气温差、海表面风、感热通量、潜热通量和稳定度的共同影响。较大的海气温差和强风速使海表热通量增加,下垫面不稳定性增加,海气相互作用加强,湍流活动增强,导致秋冬季边界层高度较高。过去42 a南海区域年平均大气边界层高度显著增高,年平均增高率约为0.8 m/a,且边界层高度变化存在显著的季节差异。海表面温度升高、潜热通量增加以及稳定度减小有利于边界层的发展,可能是导致南海边界层高度增加的主要原因。 展开更多

关键词 南海 大气边界层高度 季节变化 日变化 趋势

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云南大气边界层高度演变及其与PM2.5变化相关性分析 被引量：2

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作者 赵平伟 段绍玲 +5 位作者 史建武 罗成鲜 张婧 钟珉菡 李四兰 陈静 《气候变化研究进展》 CSCD 北大核心 2023年第3期278-292,共15页

基于ERA5 PBLH数据集、PM2.5观测数据和气温、相对湿度等多种气象观测资料,采用统计方法对1980—2020年云南省大气边界层高度(PBLH)变化特征、变化趋势,PM2.5浓度变化与PBLH的相关性进行系统分析。结果表明,受太阳直接辐射在一天中的变... 基于ERA5 PBLH数据集、PM2.5观测数据和气温、相对湿度等多种气象观测资料,采用统计方法对1980—2020年云南省大气边界层高度(PBLH)变化特征、变化趋势,PM2.5浓度变化与PBLH的相关性进行系统分析。结果表明,受太阳直接辐射在一天中的变化影响,云南PBLH夜间变化平稳,白天波动较强;地气温差年代际变化与PBLH具有较好的一致性,2000年代至2010年代云南PBLH呈稳步升高趋势。降雨年内分布、地理位置的特殊性和天气系统等影响差异使得云南高海拔区域年内PBLH变化差异较小,干季PBLH较中、低海拔区仍明显偏低。云南四季PBLH大值中心多出现在昆明至楚雄,变化百分率多表现为增大趋势,春季整体增大趋势最明显,冬季变化百分率空间分布差异性最强。近地面层低温、高湿、弱风造成傍晚至夜间(18:00—01:00)PBLH快速下降,致PM2.5堆积到近地面层,PBLH对PM2.5浓度影响随之增强。各州/市PBLH与PM2.5的相关性和相关程度随季节和时次不同存在一定差异,02:00和08:00 PBLH与PM2.5基本表现为负相关,相关程度整体高于14:00和20:00;人类活动较多的昆明和曲靖夏、秋、冬季表现出更高负相关。 展开更多

关键词 大气边界层高度(PBLH) PM2.5 变化特征 相关性 云南省

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北极扬马延岛大气边界层高度的气候特征分析 被引量：2

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作者 张祥 张叶晖 +2 位作者 韩靖博 张乐 史婉蓉 《极地研究》 CAS CSCD 北大核心 2018年第2期134-141,共8页

基于1973—2015年间的全球综合无线电探空资料(IGRA),采用总体理查逊数(Bulk Richardson Number)方法,分析了北极扬马延岛43年间的大气边界层高度变化特征,并对其多年月均大气边界层高度变化以及年均大气边界层高度变化进行深入分析探... 基于1973—2015年间的全球综合无线电探空资料(IGRA),采用总体理查逊数(Bulk Richardson Number)方法,分析了北极扬马延岛43年间的大气边界层高度变化特征,并对其多年月均大气边界层高度变化以及年均大气边界层高度变化进行深入分析探讨。结果显示,扬马延岛白天对流边界层高度高于夜晚稳定边界层高度,夏季多年月均大气边界层高度远低于冬春季节的高度,夏季平均高度仅为262 m,而冬春季节高度在600 m附近。大气边界层高度的变化与地面相对湿度的变化呈现较好的反相关关系。由于受到墨西哥湾暖流的影响,岛屿全年温差较小,夏季的相对湿度较大,导致潜热通量较多,抑制了边界层内的对流过程,造成夏季大气边界层高度较低。此外,其年均高度在1973—1988年间出现波动下降,而后在1988—1995年快速上升,最后于1995—2015年间变化平稳。 展开更多

关键词 大气边界层高度 扬马延岛 总体理查逊数

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华北平原地下水水位持续下降对大气边界层高度影响的初步研究 被引量：1

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作者 周亚东 何报寅 +1 位作者 寇杰锋 钟玉龙 《华中师范大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2018年第4期589-598,共10页

利用GRACE重力卫星反演所得到的华北平原2003年~2015年的月均等效水高数据以及根据NCEP/NCAR再分析资料获取的华北平原大气边界层高度数据,对近13a来上午6时的边界层高度和等效水高的年均值、月均值以及季节均值进行相关性分析,同时也... 利用GRACE重力卫星反演所得到的华北平原2003年~2015年的月均等效水高数据以及根据NCEP/NCAR再分析资料获取的华北平原大气边界层高度数据,对近13a来上午6时的边界层高度和等效水高的年均值、月均值以及季节均值进行相关性分析,同时也对边界层高度和地下水水位变化的一致性进行了初步分析.结果表明:近13a来上午6时的年均边界层高度和年均等效水高均呈现波动下降的特点,二者具有显著的线性相关性,R2为0.57;边界层高度对于地下水水位的变化响应具有一定滞后性,滞相关分析表明二者之间的滞后性在时间上可能表现为3个月.华北平原地下水水位持续下降,可能导致了华北区域大气边界层高度的下降,从而减弱了大气污染物在垂直方向上的扩散,减少了大气环境容量.因此,地下水水位下降可能是加重华北平原灰霾天气的一个重要因素之一,该研究为更全面研究我国灰霾的形成机理提供一个新的视角. 展开更多

关键词 行星边界层高度 等效水高 华北平原

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基于激光雷达的天津海-岸-陆地区大气边界层高度研究 被引量：1

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作者 刘敬乐 史静 +5 位作者 李培彦 姜明 蔡子颖 韩素芹 崔晔 姚青 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期5170-5177,共8页

利用2018年8月~2019年7月的气溶胶激光雷达观测数据对天津城市、渤海沿岸和渤海地区的大气边界层高度进行了反演,并利用无人机探空观测对激光雷达反演结果进行验证,同时结合天津大气边界层观测站、塘沽站和渤海A平台站的不同气象特征分... 利用2018年8月~2019年7月的气溶胶激光雷达观测数据对天津城市、渤海沿岸和渤海地区的大气边界层高度进行了反演,并利用无人机探空观测对激光雷达反演结果进行验证,同时结合天津大气边界层观测站、塘沽站和渤海A平台站的不同气象特征分析了大气边界层高度的分布特征及其差异产生的原因.结果表明:激光雷达和无人机观测获得的大气边界层高度具有较高一致性,在稳定、中性和不稳定层结条件下两者的相关系数分别为0.508,0.565和0.687.天津城区和塘沽地区各季节的大气边界层高度日变化规律较为一致,与各季节湍流动能和感热通量日变化规律接近,均呈单峰型分布,A平台大气边界层高度具有明显的海洋大气特征,表现为冬季高于城区和塘沽,夏季则与之相反.夏季由于海陆环流造成的热力内边界层的形成,是市区与塘沽大气边界层高度差异产生的原因之一,2019年夏季塘沽出现热力内边界层的情况下,其午后边界层高度下降约30~160m,与城区的大气边界层高度差升高约150~300m. 展开更多

关键词 大气边界层高度 气溶胶激光雷达 海-岸-陆 无人机 天津

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基于CALIPSO的长三角午间大气边界层高度时空分布研究

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作者 方文圣 曹念文 宋坤杰 《环境科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第11期70-80,共11页

该文利用主动式遥感卫星云-气溶胶激光雷达和红外探测者卫星(CALIPSO)提供的激光雷达数据反演2015-2020年长三角地区大气边界层高度(ABLH)时空分布特征。结果表明:(1)长三角地区在CALIPSO午间过境时段的6年大气边界层平均高度为1.57km,... 该文利用主动式遥感卫星云-气溶胶激光雷达和红外探测者卫星(CALIPSO)提供的激光雷达数据反演2015-2020年长三角地区大气边界层高度(ABLH)时空分布特征。结果表明:(1)长三角地区在CALIPSO午间过境时段的6年大气边界层平均高度为1.57km,年际波动较小,2020年最高,2016、2017年最低。季节上春夏季高于秋冬季,春季最高,冬季最低。(2)空间分布上,由沿海到内陆逐渐增高,西南部山区在多年和各季节上都是最高值。长三角西北部,中北部是造成年平均差异的主要区域。(3)大气边界层高度分布与海拔高度、归一化植被指数的分布具有较好的一致性,多年和各季节分布均呈极显著正相关关系(P<0.01)。(4)频率分布上,高度在1.2~1.5 km的大气边界层占比最高,5.4~5.7 km的大气边界层占比最低。大气边界层高度在0.6~2.1 km占比达到68.5%,超过4.2 km的超高边界层占比为1.12%。 展开更多

关键词 大气边界层高度 CALIPSO 时空分布 长三角

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