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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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超强台风“莫兰蒂”(1614)边界层结构的风廓线雷达观测分析 被引量:1
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作者 汪学渊 汪澜 +1 位作者 郑陈婷 郭建平 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期352-361,共10页
利用翔安风廓线雷达和厦门探空雷达资料,对2016年超强台风“莫兰蒂”外雨带(距离台风中心120~220 km)和外围晴空(距离台风中心400~630 km)边界层结构进行观测分析,结果表明:在超强台风“莫兰蒂”外雨带,风廓线雷达反演的最大切向风速高... 利用翔安风廓线雷达和厦门探空雷达资料,对2016年超强台风“莫兰蒂”外雨带(距离台风中心120~220 km)和外围晴空(距离台风中心400~630 km)边界层结构进行观测分析,结果表明:在超强台风“莫兰蒂”外雨带,风廓线雷达反演的最大切向风速高度分布在入流层下方0.5~1.0 km处,并且随着台风中心的靠近,最大切向风速和入流层高度都有降低的趋势,受降雨粒子的影响,风廓线雷达只能定性反映台风外雨带最大切向风速高度和入流层高度分布特征。在超强台风“莫兰蒂”外围晴空天气下,最大切向风速高度与入流层高度具有一致性,其边界层高度变化比较平稳,高度分布在1.2~1.6 km之间,能够定量反映台风外围晴空边界层高度分布;相对于传统热力驱动的湍流,台风系统边界层湍流主要由风切变驱动,台风外围湍流活动的增强主要发生在最大切向风速高度附近,除了风切变还有其他比较重要的驱动源,表明在台风边界层顶部附近有更加复杂的湍流活动,需要更加精细的湍流通量试验确定其来源。 展开更多
关键词 风廓线雷达 最大切向风速高度 入流层高度 边界层结构
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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: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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基于上海高层建筑观测冬季大气CO_(2)/CH_(4)垂直变化 被引量:2
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作者 陈珑珑 肖薇 +5 位作者 杨帆 单萌 王君 胡凝 李若男 程凯 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期4155-4166,共12页
采用便携式温室气体分析仪于2021年12月6日~2022年3月31日在上海中心大厦255和500m高度以及浦东新区环境监测站25m高度连续观测大气CO_(2)和CH_(4)浓度.结果表明:(1)城市中不同高度上温室气体的日变化趋势存在差异,25m高度CO_(2)和CH_(4... 采用便携式温室气体分析仪于2021年12月6日~2022年3月31日在上海中心大厦255和500m高度以及浦东新区环境监测站25m高度连续观测大气CO_(2)和CH_(4)浓度.结果表明:(1)城市中不同高度上温室气体的日变化趋势存在差异,25m高度CO_(2)和CH_(4)浓度白天低夜间高,255和500m高度的浓度则白天高夜间低.各高度处CO_(2)和CH_(4)浓度变化都明显受大气边界层高度的影响,因此城市内部温室气体浓度垂直观测中观测点高度设置要充分考虑城市大气边界层的变化特征.(2)CO_(2)和CH_(4)浓度的垂直差异受到人为活动以及气象等条件的影响,可以指征城市大气CO_(2)和CH_(4)浓度增强的局地和区域贡献.(3)各高度处(25,255,500m)CO_(2)浓度与CH_(4)浓度均显著相关,但观测高度越高所代表的浓度贡献源区越大,多种排放源的干扰使得温室气体之间的同源性变差,导致其相关性随着高度增加而降低.城市温室气体浓度的垂直观测提供了从水平方向上无法获得的独特信息,因此有必要在城市开展立体化的温室气体监测,以便更好地捕捉大气温室气体浓度的变化,从而服务于城市碳减排政策. 展开更多
关键词 CO_(2)和CH_(4)浓度 垂直差异 上海 大气边界层高度 CH_(4):CO_(2)比值
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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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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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基于工具变量法的PM_(2.5)浓度对每日死亡影响的效应估计
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作者 祝贵明 颜豪森 +2 位作者 王彤 吕鹏 孙红卫 《中国卫生统计》 CSCD 北大核心 2024年第4期526-531,538,共7页
目的大量环境流行病学研究表明PM_(2.5)浓度短期变化与人群每日死亡相关,但是大多数关于PM_(2.5)对每日死亡的急性效应的研究是通过回归来控制混杂因素,而通常可用的人群资料里仅包含少量测量的混杂因素,这就面临着大量未观测的混杂因... 目的大量环境流行病学研究表明PM_(2.5)浓度短期变化与人群每日死亡相关,但是大多数关于PM_(2.5)对每日死亡的急性效应的研究是通过回归来控制混杂因素,而通常可用的人群资料里仅包含少量测量的混杂因素,这就面临着大量未观测的混杂因素未纳入模型的问题从而导致估计有偏,而工具变量法可以较好地解决未观测混杂带来的效应估计问题,本文通过工具变量法估计PM_(2.5)对每日死亡的急性效应。方法收集中国某市2016—2019年PM_(2.5)日均浓度、气象数据及每日非意外死亡人数,采用边界层高度和风速作为工具变量,分析该地PM_(2.5)浓度对每日非意外死亡的影响;采用阴性暴露对照法检验工具变量假设;采用时间序列的bootstrap方法估计置信区间。并与广义相加模型的效应估计进行比较。结果工具变量法得出PM_(2.5)浓度与人群每日非意外死亡存在相关,PM_(2.5)浓度每升高10μg/m^(3),人群每日非意外死亡增加0.94%(95%CI:0.39%~1.55%);阴性暴露对照结果显示阴性暴露与人群日非意外死亡不相关(P=0.19),说明前述工具变量模型不受未测量且未控制混杂的影响。传统广义相加模型估计PM_(2.5)浓度每升高10μg/m^(3),人群每日非意外死亡增加0.24%(95%CI:0.01%~0.47%)。结论经工具变量法估计,该地PM_(2.5)浓度与居民每日非意外死亡存在相关,边界层高度和风速可以作为工具变量估计PM_(2.5)浓度对人群每日非意外死亡的急性效应。 展开更多
关键词 PM_(2.5) 工具变量法 风速 边界层高度 非意外死亡 阴性暴露对照 BOOTSTRAP
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中纬度中间层顶钠原子密度高度分布的长期变化趋势研究(2010—2021)
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作者 陈峰磊 荀宇畅 +6 位作者 王泽龙 杜丽芳 郑浩然 徐亦萌 龚少华 王继红 杨国韬 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期429-438,共10页
中间层顶/低热层区域(the Mesosphere/Lower Thermosphere,简称MLT)的高度为70~110 km,为了研究这一区域对太阳活动的响应,本文以钠原子为示踪物,对北京延庆(116.0°E,40.5°N)钠共振荧光激光雷达2010年1月—2021年8月近一个太... 中间层顶/低热层区域(the Mesosphere/Lower Thermosphere,简称MLT)的高度为70~110 km,为了研究这一区域对太阳活动的响应,本文以钠原子为示踪物,对北京延庆(116.0°E,40.5°N)钠共振荧光激光雷达2010年1月—2021年8月近一个太阳活动周期的数据进行了分析,发现钠原子柱密度的长期变化显著,与太阳黑子数的变化呈现出正相关趋势.延庆钠层质心高度的线性趋势在这期间总共上升了311.4±706.6 m,长期变化趋势并不显著.自2018年开始,半高全宽对应的高度范围出现了明显的增加,但是上边沿升高的幅度不大,目前受到广泛关注的热层金属层的观测与研究更依赖于激光雷达探测灵敏度的提升. 展开更多
关键词 激光雷达 钠层 太阳活动 钠层的质心高度 钠层上边界
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过去30年北京地区大气对流边界层高度的变化特征及其影响因素
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作者 赖悦 李林 +4 位作者 王辉 张宏文 夏芸洁 韦涛 孟磊 《气象》 CSCD 北大核心 2024年第12期1417-1428,共12页
大气对流边界层高度的演变对天气和气候变化具有重要影响,目前关于北京地区对流边界层高度的气候特征研究较少。利用1992—2022年的高分辨率ERA5再分析资料,研究了过去30年北京地区对流边界层高度的气候特征。首先使用无线电探空观测数... 大气对流边界层高度的演变对天气和气候变化具有重要影响,目前关于北京地区对流边界层高度的气候特征研究较少。利用1992—2022年的高分辨率ERA5再分析资料,研究了过去30年北京地区对流边界层高度的气候特征。首先使用无线电探空观测数据评估了ERA5大气对流边界层高度数据的表现,结果显示ERA5可以很好地再现探空观测的对流边界层高度变化特征。其次研究了对流边界层高度的年际变化、季节变化和日变化特征,以及对流边界层高度与关键气象要素的相关性。结果表明,过去30年春季和秋季的对流边界层高度分别以61.6 m·(10 a)^(-1)和13.1 m·(10 a)^(-1)的速率呈逐年减小趋势,夏季和冬季的对流边界层高度分别以2.9 m·(10 a)^(-1)和7.7 m·(10 a)^(-1)的速率呈逐年增加趋势。春季、夏季、秋季、冬季中午时段的对流边界层高度中位数分别约为1700、1100、950、800 m。春季在全年四个季节中的对流边界层高度发展最高,是因为春季地表感热通量最大,同时大气层结的不稳定程度最强。通过分析对流边界层高度与感热通量、位温直减率、地气温差的相关关系,发现在春季,当感热通量每增大100 W·m^(-2)时,对流边界层高度升高615 m;当位温直减率每增大1℃·km^(-1)时,对流边界层高度升高1376 m;当地气温差增大1℃时,对流边界层高度升高175 m。 展开更多
关键词 对流边界层高度(Cblh) 再分析资料 无线电探空 变化特征 影响因素
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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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极端干旱区大气边界层厚度时间演变及其与地表能量平衡的关系 被引量:19
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作者 张杰 张强 唐从国 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第8期2545-2555,共11页
主要采用ECMWF的地表和大气产品分析了中国西北极端干旱区大气边界层厚度与地表能量通量的时间变化特征,同时,结合探空加强观测分析了大气边界层演变的可能因素。得出:西北极端干旱区大气边界层厚度呈现出季节性的年际和年代际变化,夏... 主要采用ECMWF的地表和大气产品分析了中国西北极端干旱区大气边界层厚度与地表能量通量的时间变化特征,同时,结合探空加强观测分析了大气边界层演变的可能因素。得出:西北极端干旱区大气边界层厚度呈现出季节性的年际和年代际变化,夏季大气边界层厚度呈下降趋势,春、秋季节呈现出先增加后降低的趋势,冬季以阶段性降低趋势为主,20世纪80年代是大气边界层厚度的转折时期;感热通量是极端干旱区大气边界层发展的主要热力因素;由于夏季净辐射量、地气温差、粗糙度以及风速等因子随时间演变而呈降低趋势,潜热通量呈增加趋势,导致了边界层高度形成的热力作用减弱,边界层厚度降低;同时,粗糙度和风速也是大气边界层发展的主要动力因素,由于边界层粗糙度和风速降低,促使垂直风切变减小,湍流动力作用减弱,也会导致边界层厚度降低。 展开更多
关键词 大气边界层厚度 极端干旱区 感热通量 地表净辐射
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边界层参数化方案对边界层热力和动力结构特征影响的比较 被引量:32
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作者 黄文彦 沈新勇 +1 位作者 王卫国 黄伟 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期1399-1414,共16页
本文利用高分辨率中尺度WRF模式,通过改变边界层参数化方案进行多组试验,评估该模式对美国北部森林地区边界层结构的模拟能力,同时比较了五种不同边界层参数化方案模拟得出的边界层热力和动力结构.结果表明:除个别方案外,配合不同边界... 本文利用高分辨率中尺度WRF模式,通过改变边界层参数化方案进行多组试验,评估该模式对美国北部森林地区边界层结构的模拟能力,同时比较了五种不同边界层参数化方案模拟得出的边界层热力和动力结构.结果表明:除个别方案外,配合不同边界层方案的WRF模式都能成功模拟出白天对流边界层强湍流混合特征和夜间稳定边界层内强逆温、逆湿和低空急流等热力和动力结构.非局地YSU、ACM2方案在白天表现出强的湍流混合和卷夹,相比于局地MYJ、UW方案,模拟的对流边界层温度更高、湿度更低、混合层高度更高、感热通量更大,更接近实际观测,这表明在不稳定层结下考虑非局地大涡输送更为合理,但局地方案在风速和风向的预报上存在一定优势.TEMF方案得到的白天局地湍流混合强度为所有方案中最弱,混合层难以发展,无法体现对流边界层内气象要素垂直分布均匀的特点.对于夜间稳定边界层的模拟,不同参数化方案之间的差异较小,但是YSU方案在一定程度上高估了机械湍流,导致局地湍流混合偏强,从而影响了其对稳定边界层的模拟能力. 展开更多
关键词 边界层 非局地 湍流 混合层高度 摩擦速度
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基于激光雷达和微波辐射计观测确定混合层高度方法的比较 被引量:28
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作者 杨富燕 张宁 +1 位作者 朱莲芳 朱焱 《高原气象》 CSCD 北大核心 2016年第4期1102-1111,共10页
利用苏州地区2010年1月4,7,16日和2月4日4天的激光雷达及微波辐射计观测资料,比较了不同遥感手段探测晴天大气混合层高度的差异,发现试验期间该地区的混合层高度在300~1500 m之间。利用梯度法、标准偏差法、小波法从激光雷达数据中提... 利用苏州地区2010年1月4,7,16日和2月4日4天的激光雷达及微波辐射计观测资料,比较了不同遥感手段探测晴天大气混合层高度的差异,发现试验期间该地区的混合层高度在300~1500 m之间。利用梯度法、标准偏差法、小波法从激光雷达数据中提取混合层高度并进行了对比,结果表明三种方法都能较好地反演混合层高度并且一致性较好,三者差异主要存在于大气边界层的发展和消亡阶段;梯度法和小波法结果无明显差异,而标准偏差法结果稍高于其他方法。在此基础上,利用微波辐射计探测的大气温度,使用温度梯度法估算大气混合层高度,并与激光雷达探测结果进行了比较,结果表明,大多数情况下激光雷达探测结果高于微波辐射计观测结果;两种遥感手段有较好的相关性,相关系数为0.76。激光雷达同微波辐射计结果存在差异,尤其是在边界层的发展和消散阶段,这是由两种遥感手段探测原理不同造成的。 展开更多
关键词 混合层高度 激光雷达 微波辐射计 大气边界层
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北冰洋80°~85°N浮冰区对流层大气的垂直结构 被引量:11
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作者 马永锋 卞林根 +3 位作者 周秀骥 逯昌贵 窦挺峰 汤洁 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第2期48-59,共12页
利用2008年夏季中国第3次北冰洋考察所获取的GPS探空资料对北冰洋(79°~85.5°N,144°~170°W)浮冰区对流层大气的垂直结构进行了研究。结果表明:北冰洋浮冰区对流层中部大气的平均温度递减率为6.47℃/km;对流层顶高度... 利用2008年夏季中国第3次北冰洋考察所获取的GPS探空资料对北冰洋(79°~85.5°N,144°~170°W)浮冰区对流层大气的垂直结构进行了研究。结果表明:北冰洋浮冰区对流层中部大气的平均温度递减率为6.47℃/km;对流层顶高度为8.0~10.7 km,平均为9.3 km,对流层顶温度为-59.4^-43.5℃,平均约-50.5℃;边界层中强逆温层层底高度、逆温强度和边界层高度均存在明显的日变化特征,强逆温层层底高度和边界层高度在夜间分别约为700和800 m,白天随着太阳辐射的加强在午后两者分别可抬升至850和1 000 m以上,逆温强度则由夜间向白天明显减弱。 展开更多
关键词 北冰洋 热力学对流层顶 边界层高度 GPS探空
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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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青藏高原大气边界层湍流特征量分析 被引量:33
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作者 苗曼倩 曹鸿 季劲钧 《高原气象》 CSCD 北大核心 1998年第4期356-363,共8页
采用1979年青藏高原气象科学实验资料,研究高原陆面上总体湍流输送系数CD和CH的特征及边界层高度受高原地形的影响。结果表明,用廓线法计算的高原上局地的CD和CH值比同样粗糙度长度条件下平原地区的值大得多,而且日较差... 采用1979年青藏高原气象科学实验资料,研究高原陆面上总体湍流输送系数CD和CH的特征及边界层高度受高原地形的影响。结果表明,用廓线法计算的高原上局地的CD和CH值比同样粗糙度长度条件下平原地区的值大得多,而且日较差也大于平原地区。主要是青藏高原地处内陆,气温强烈的日变化引起大气层结日变化加大所致;其次,地形复杂增强了机械湍流运动。这里的边界层高度也比平原地区通常出现的值要大得多。 展开更多
关键词 总体输送系数 青藏高原 大气边界层 端流 特征量
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利用激光雷达结合数值模式估算兰州远郊榆中地区夏季边界层高度 被引量:15
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作者 赵世强 张镭 +3 位作者 王治厅 王腾蛟 张磊 梁捷宁 《气候与环境研究》 CSCD 北大核心 2012年第5期523-531,共9页
用激光雷达资料,采用小波变化法反演兰州远郊榆中地区兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)的边界层高度,并利用WRF中尺度数值模式,选取两种不同边界层参数化方案(YSU、MYJ)模拟了该地区边界层及其高度。分析表明激光雷达反演边界层... 用激光雷达资料,采用小波变化法反演兰州远郊榆中地区兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)的边界层高度,并利用WRF中尺度数值模式,选取两种不同边界层参数化方案(YSU、MYJ)模拟了该地区边界层及其高度。分析表明激光雷达反演边界层高度与WRF模拟边界层高度结果基本一致;WRF选用YSU方案能较好反映热对流边界层,而MYJ方案对于动力作用边界层模拟较好。日出后08:00(北京时间,下同)SACOL不稳定边界层开始发展,17:00达到最大高度。热对流边界层可以达到2km;动力作用边界层可达到1.5km,之后热对流边界层下降速度明显高于动力作用边界层。 展开更多
关键词 边界层高度 激光雷达 小波变换 WRF
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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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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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