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[硕士论文] 周一民
大气科学 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:中国江淮和黄淮地区是强对流天气的多发区域,本文利用三年(2010-2012年,4-10月)常规观测资料、再分析资料以及探空资料,对江淮黄淮地区(30-37°N,110-122° E)发生的1009个强对流天气过程进行了统计分析,得到该地区强对流发生的时空特征,典型环境背景以及对流关键参数的统计特征。统计发现,江淮黄淮地区强对流天气过程从2010年至2012年是逐年减少的。月分布上,强对流主要发生在6-9月,8月最多,呈单峰型;空间分布上,从4月开始强对流从南向北逐渐增多,到8月在全区范围达到最多,而后8月至10月又从北向南逐渐减少;江淮黄淮地区有明显的三块强对流多发区域,按其在研究区域所占比率大小分别是东部平原地区、山东泰山周边地区、大别山和黄山一带。从日变化来看,强对流过程主要发生在15-21时(LST),持续时间为1小时的强对流过程和总的强对流过程分布形态一致,呈单峰型,持续时间大于等于3小时的强对流过程在15-21时为主峰,在06-09时出现次峰,呈双峰型。日变化在空间分布上,从早至晚强对流过程有自西北向东南发展的规律。在强度上持续型强对流降水强度普遍要大于短时强对流类型。
  根据500hPa形势场将个例分成了低槽型、副高型、冷涡型、台风型四大类,其中低槽型716例,副高型226例,冷涡型30例,台风型37例。通过合成分析得到不同环境背景下天气系统与强对流发生时的平均位置特征,以及平均环境要素特征。发现副高型和台风型可降水量最大,低槽型适中,冷涡型就明显不如前三类;不稳定条件上,副高型和台风型最不稳定,低槽型适中,冷涡型不稳定度最低。利用探空资料统计强对流发生前的环境参数,发现副高型的水汽更多的集中在边界层低层,而台风型水汽分布更多在深厚的对流层中,低槽型水汽条件适中,冷涡型相对较小;副高型潜在不稳定最大,属于强对流较易触发类型,低槽型适中,而冷涡型潜在不稳定度相对较小,并且对流抑制能量最大,台风型潜在不稳定度在发生前与发生时改变很大,发生前最小,而发生时为最大。动力条件上,发现各个类型都有有利于垂直运动发展的环境条件。对比不同维持时长强对流,发现无论在水汽条件、不稳定条件以及动力抬升条件上,持续型强对流都是最强的,这与不同维持时长强对流的强度特征一致,对流抑制能量持续型与短时强对流相差不大。最后通过与已有研究对比,发现江淮黄淮地区的强对流过程潜在不稳定度偏弱,但具有较湿的环境场。
[硕士论文] 安伟铭
大气科学、应用气象学 兰州大学 2016(学位年度)
摘要:兰州西固石化工业集中区为区域经济发展做出巨大贡献的同时,其排放的大气污染物尤其是挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)和恶臭对周边环境空气质量也产生一定影响,如何有效治理VOCs和恶臭污染,受到当地居民、企业和政府的高度重视。
  本研究以兰州西固石化工业集中区罐区、栈桥区和污水处理装置三大污染源所在区为研究对象,通过确定各区域污染源的活动水平,模拟削减排放情景,在此基础上确定最优治理措施。可为政府、企业治理方案的选择提供一定的科技支撑和参考。
  (1)依据《大气挥发性有机物源排放清单编制技术指南》和《大气氨源排放清单编制技术指南》确定西固工业集中区罐区、栈桥区和污水处理装置区源强。将区域源划分为9个面源,其中VOCs最大的源强为品储运厂栈桥面源,为3182.41t/a,最小的源强为炼油污水处理装置面源,为11.44t/a;恶臭主要来源于化工污水处理装置区和炼油污水处理装置区,二者 NH3排放源强分别为10.24t/a和9.07t/a。
  (2)运用AERMOD模式对不同削减情景下VOCs和恶臭进行模拟,结果表明:炼油和化工污水过程主要排放恶臭,在炼油和化工污水处理装置削减方案中,距离炼油和化工污水处理装置较近的敏感点的NH3浓度削减较大,其中代家河湾村浓度最大占标率削减贡献比达88.00%,但各敏感点VOCs浓度削减较小;栈桥区主要排放 VOCs,在栈桥区安装油气回收装置情景中,距离油品厂较近的敏感点VOCs浓度削减明显,与基准情景相比,VOCs浓度占标削减贡献比达90.74%;所有削减方案进行叠加后,污染源对区域内敏感点贡献减小程度最大。
  (3)根据不同情景的预测结果,结合国家法规政策和企业未来发展规划对VOCs、恶臭进行重点治理,综合考虑法律法规、控制技术和达标排放三个方面,对石化工业集中区栈桥区、污水处理装置提出治理方案:
  ①对炼油污水处理装置未加盖的曝气池、沉沙池等池进行加盖处理,采用溶剂增溶法和生物氧化法两种技术处理收集气体,处理后的气体经15m高排气筒排放。
  ②对化工污水处理装置未加盖的隔油沉淀池、浓缩池、集泥井等池体进行加盖处理,采用生物脱臭法处理收集气体,处理后的气体经15m高排气筒排放。
  ③对油品储运厂159、164原油装卸车栈桥设置柴油或煤油预吸收-碱洗脱硫-活性炭吸附-吸收工艺的油气回收装置;对160、161火车栈桥139#、138/2#汽车零装栈桥、16#线火车装车栈桥设置活性炭吸附-吸收的油气回收装置;对163“三苯”、有机厂7#火车装卸栈桥和12#线火车装卸车栈桥采用煤油预吸收-膜分离工艺的油气回收装置。
[硕士论文] 马岩
大气科学、应用气象学 兰州大学 2016(学位年度)
摘要:西固石化工业集中区是兰州市经济发展的重点支撑企业,也是兰州市环保的重点关注企业,西固石化工业集中区也响应政府采取了一系列的环保整改措施,近几年兰州市的环境空气质量逐步好转,但整体形势依然不容乐观,重污染天气仍时有发生。
  为了解西固石化工业集中区对兰州市主城区的环境空气污染贡献,确定对主城区影响的主要污染源,本文收集2015年西固石化工业集中区有组织污染源常规污染因子排放资料,根据《环境影响评价技术导则大气环境》(HJ2.2-02008),采用AERMOD模型和CALPUFF模型对西固石化工业集中区的大气环境影响进行预测,进而根据各污染源对主城区环境质量的贡献量确定各主城区相应污染因子主要污染源,同时分析重污染天气下,削减园区主要污染源后的大气环境影响和减排效果,本文研究内容包括:
  (1)以西固石化工业集中区2015年排污申报资料为基础,确定2015年西固石化工业集中区有组织大气污染源常规因子排放情况;
  (2)通过大气污染扩散模型AERMOD、CALPUFF对西固石化工业集中区有组织排放源的环境空气质量污染贡献进行预测;
  (3)通过CALPUFF模型计算园区各污染源对主城区的污染贡献量,确定重污染天气减排污染源,并计算减排效果。
  在确定西固石化工业集中区污染源排放情况下,通过模型预测了西固石化工业集中区对兰州市主城区的环境影响并计算了各污染源的贡献量,通过以上研究,得出以下结论:
  (1)统计西固石化工业集中区主要点污染源,共统计点污染源43个,其中炼油区25个,化工区18个,给出污染源源强参数和相应的排放参数。
  (2)根据兰州的特殊地形、模型扩散原理差异和预测结果与现状监测值的对比分析,本文确定以CALPUFF模型预测结果作为西固石化工业集中区对兰州市主城区的污染贡献。
  (3)根据CALPUFF模型预测结果,得出了西固石化工业集中区对兰州市各主城区的污染贡献情况。
  (4)根据CALPUFF模型得到西固石化工业集中区各污染源对各主城区相应污染因子的浓度贡献量。
  (5)根据各污染源对各主城区相应污染因子的浓度贡献量,确定西固石化工业集中区影响主城区环境空气质量的主要污染源。
  (6)在重污染天气下西固石化工业集中区主要污染源生产负荷分别降低5%和10%,对前5大贡献污染源进行减排后,西固石化工业集中区对兰州市各主城区贡献浓度有一定程度的降低,当生产负荷降低5%时,NOx贡献浓度占标率下降百分比为2.52%-4.13%;当生产负荷降低10%时,NOx贡献浓度占标率下降百分比为5.04%-8.26%。
  近年来,对西固石化工业集中区污染的研究中尚没有西固石化工业集中区有组织排放源对兰州市主城区环境影响的相关研究,本文研究结果对了解西固石化工业集中区对主城区环境污染贡献量,进而提出相应的管理和治理措施具有重要的指导意义。
[硕士论文] 王素
大气科学 浙江大学 2015(学位年度)
摘要:本论文利用观测数据,运用合成分析方法研究东南亚以及中国地区降水对不同ENSO事件的响应。依据ENSO指数大小将ENSO事件分成四类:强El Ni(n)o、中弱El Ni(n)o、强La Ni(n)a和中弱La Ni(n)a,研究四类ENSO事件可能表现出的非对称性,以及东南亚和中国地区降水对四类ENSO事件的非对称响应特征。主要研究结果如下:
  在强El Ni(n)o(La Ni(n)a)年,东南亚冬季降水显著减少(增多);在中弱La Ni(n)a年降水显著增多,且降水强度与强La Ni(n)a年相当。而在中弱El Ni(n)o年东南亚地区则几乎没有显著的降水负异常出现。另外,中国东南部地区降水只在强El Ni(n)o年冬季显著增多,在强La Ni(n)a、中弱El Ni(n)o和中弱La Ni(n)a年冬季,中国地区都无显著降水异常。
  大气环流场分析结果表明,东南亚降水异常对El Ni(n)o和La Ni(n)a事件的不对称响应主要是由于赤道西北太平洋上空低层大气环流场异常的差异性造成。强El Ni(n)o(强La Ni(n)a、中弱La Ni(n)a年)年,赤道西北太平洋上空低层存在显著的菲律宾反气旋(气旋)性环流异常,而中弱El Ni(n)o年则无明显的反气旋环流异常出现。进一步研究发现,与中弱El Ni(n)o事件存在明显的年代际变化相联系的赤道太平洋海温异常和沃克环流异常1980s之后变弱。而与中弱La Ni(n)a事件相联系的赤道太平洋海温异常和沃克环流异常则在1980s之后强度增大,从而使得东南亚降水对中弱La Ni(n)a事件的异常响应在20世纪80年代以后变得显著。个例分析结果表明,80年代之后的中弱El Ni(n)o事件相联系的赤道太平洋海温距平存在较大的个例差异,而中弱La Ni(n)a事件相联系的赤道太平洋海温距平的个例差异性较小,这也导致了在中弱El Ni(n)o年东南亚冬季降水异常不显著。
  与四类ENSO相联系的降水在时间演变过程中,东南亚降水异常的时间演变也体现出了较强的非对称性。在强El Ni(n)o年、中弱El Ni(n)o年以及中弱La Ni(n)a年,东南亚地区降水异常衰减迅速,而在强La Ni(n)a年衰减缓慢,持续时间较长。此外,在中弱El Ni(n)o年东南亚地区降水正异常在衰减后转变为较强负异常,而中弱La Ni(n)a年降水负异常则在衰减后无明显降水异常反位相出现。对海温和850hpa风场异常分析表明,与强La Ni(n)a事件相联系的赤道中东太平洋地区的海温异常与强El Ni(n)o相比位置更加偏西,使得赤道西太平洋地区在强La Ni(n)a年受强东风异常影响,存在持续的降水正异常。而在中弱La Ni(n)a事件中,由于其赤道中东太平洋海温异常中心并没有如强La Ni(n)a一样存在西偏,西太平洋风场在局地海温异常的作用下由东风异常转变为西风异常,导致降水异常在第二年迅速减弱消失。
[硕士论文] 许维伟
大气科学 中国科学技术大学 2013(学位年度)
摘要:本文利用闪电VLF/LF电磁场波形不间断采集系统,通过程序预判结合“人工精确识别回击”方法,对发生在2012年7月9日和8月19日的两次安徽地区夏季雷暴地闪资料进行分析,通过多站到达时间差定位及磁场方位角信息提高数据准确性,报道了两次雷暴中正、负地闪的特征参数,并研究了这些参数随雷暴生命发展的变化趋势。本文所用观测方法既具备人工识别方法的精确性,又具备站网观测方法的抽样连续性,是闪电特征研究的有利工具。本研究取得的一些新的结果总结如下:
  (1)对两次雷暴负地闪基本特征进行统计,发现不同类型雷暴地闪特征具有普遍性与多样性。雷暴0709为锋面系统雷暴过程,雷暴0819为局地雷暴过程,两次雷暴在负地闪百分比(92.6%~86.6%)、平均回击间隔时间(75.3ms~61.8ms)、后继回击与首次回击强度比值(0.49~0.52)、回击归一化强度(5.0V/m~5.2V/m)、初始击穿过程持续时间和脉冲间隔等特征上较为一致,充分反映了安徽地区夏季雷暴的一些共有特性。但两次雷暴仍有一些地闪特征具有一定差异,例如雷暴0709单回击地闪概率(15.5%)仅为雷暴0819(30.6%)的一半左右,导致雷暴0709负地闪平均回击次数4.2次略大于雷暴0819(3.3次);雷暴0709的负地闪过程持续时间(363.7ms)略大于雷暴0819(269.6ms),地闪平均回击次数是影响地闪过程持续时间的一个重要参量;雷暴0709的PB/RS值(0.25)略大于雷暴0819(0.14),且PB/RS值小于0.1的概率分别为14.9%和38.9%,从侧面反映了本文所用系统在不同距离情况下对微弱脉冲的采集效率差别。因此在研究雷暴地闪特征时,必须综合不同雷暴日的不同类型雷暴,对雷暴整个生命期进行大样本连续统计,才能够得到较为准确的特征信息。
  (2)通过对两次雷暴连续记录数据的分析,发现有些雷暴特征会随雷暴生命发展产生规律性变化。两次雷暴过程在成熟期负地闪频数均存在突增现象,雷暴0709消散期正地闪频数出现突增;负地闪回击数在两次雷暴生命史中均存在明显的涨落变化,雷暴0709不同生命期的平均回击次数在3.0~5.3次之间变化,雷暴0819则在1.9~4.1次之间变化;平均回击次数对单回击地闪比例非常敏感,二者基本呈负相关关系;在整个雷暴生命史中,负地闪过程持续时间存在较大的波动,其变化趋势与平均回击次数随雷暴发展变化趋势一致,说明回击次数是影响负地闪过程持续时间的一个重要因素;雷暴不同生命期负地闪平均回击间隔存在阶梯性变化趋势,成熟期的平均回击间隔最小,雷暴不同发展阶段平均回击间隔易受雷暴放电强弱的影响,导致闪电回击间隔时间差别较大。因此要得到较为客观的闪电回击特征必须综合考虑整个雷暴过程。
  (3)负地闪回击间隔时间随回击序号的增大而增大,随回击次数的增大而减小。两次雷暴负地闪回击间隔概率分布十分一致,基本呈对数正态分布,回击间隔主要集中在40~120ms之间,概率最大值均为60ms;两次雷暴过程负地闪回击间隔均随回击序号的增大而增大,且回击间隔大于100ms的比例也随之升高,即随着回击序号的上升,长回击间隔出现的概率也随之升高;对具有不同回击次数的负地闪分别分析其回击间隔与回击序号的关系,得到与总体分析方法相同的结果。事实上由于后继回击中和电荷实际由K过程从更远端云内通道末端搬运而来,显然云内电荷环境会制约后继回击的发生,即影响之前的回击间隔时间;两次雷暴中负地闪回击间隔与回击次数具有较好的单调递减趋势,即一次负地闪过程包含的回击次数越多,其平均回击间隔越小,可以从引发一次地闪过程的云内总电荷量及通道导电性两方面进行综合分析。
  (4)利用两种不同方法对负地闪回击强度进行分析,发现负地闪回击强度与回击序号之间具有一定的系统性变化趋势,具体表现为回击强度随回击序号的增大而不断减小,首次回击强度随负地闪回击次数的增大而不断增大。两次雷暴后继回击与首次回击强度比值(ES/EF)基本呈对数正态分布;ES/EF值随回击序号的增加而呈现系统性减小趋势,就统计意义而言,随着回击序号的增加,后继回击强度越来越弱;总体而言首次回击强度远大于后继回击,但是在闪电过程中与首次回击强度相当或超过首次回击的后继回击并不罕见;将两次雷暴负地闪回击强度归一化至100km处,发现单回击负地闪回击强度弱于多回击负地闪的首次回击强度,且首次回击强度随回击次数的增大而增大;对相邻两次回击的相对强弱与回击间隔关系进行讨论,当回击间隔小于50ms时,前后回击对以“前强后弱”的组合为主,当回击间隔大于150ms时,前后回击对以“前弱后强”的组合为主;分析认为回击通道的导电性对云内电荷累积过程的影响是造成这一现象的原因,较长的回击间隔使通道导电性减弱,允许云内电荷有更长的累积时间,从而引发超过正常强度的闪电回击过程。
  (5)对两次雷暴初始击穿过程进行分析,主要统计了初始击穿过程持续时间(Td)和脉冲间隔(Ti),以及初始击穿最大脉冲与首次回击强度比值(PB/RS)和初始击穿与首次回击间隔时间(PB-RS)以及其随纬度变化趋势。雷暴0709共采集带初始击穿过程的负地闪1212例,初始击穿过程持续时间几何平均2.3ms,脉冲间隔时间几何平均194.2μs,雷暴0819共采集带初始击穿过程的负地闪275例,初始击穿过程持续时间几何平均2.7ms,脉冲间隔时间几何平均176.8μs,与雷暴0709结果较为接近;雷暴0709中PB/RS值几何平均为0.25;PB-RS间隔时间几何平均为23.2ms,雷暴0819中PB/RS值几何平均为0.14,比雷暴0709结果0.25略小,PB-RS间隔时间几何平均为36.6ms;对不同纬度地区的结果进行比较,除个别区域外,总体上PB/RS值符合随纬度升高而增大的趋势,可将这种趋势理解为雷暴云下正电荷堆在低纬度地区较弱,猜测可将地闪初始击穿脉冲活动强度作为雷暴云底部正电荷堆强弱的度量;PB-RS间隔似乎随纬度的升高而变短,可能由于纬度越低,雷暴云电荷中心的高度越高,导致PB-RS间隔越长。
  (6)对两次雷暴过程正地闪基本特征进行了初步统计,进一步的研究需要更多不同类型正地闪数据的支持。雷暴0709正地闪概率7.5%,单回击正地闪概率93.3%,最大回击数2次,平均回击数1.1次;雷暴0819正地闪概率13.4%,单回击正地闪概率84.5%,最大回击数3次,平均回击数1.2次;正地闪比例随闪电总数的增大而减小,雷暴0709总闪数目接近雷暴0819的三倍,因此正地闪比例小于雷暴0819;雷暴0709正地闪平均回击间隔92.1ms,回击间隔大于100ms的概率为47.1%;而雷暴0819正地闪平均回击间隔只有25ms,回击间隔大于100ms的概率仅为18.8%,分析认为差异性主要由雷暴类型不同及样本量较小共同导致。统计正地闪特征必须结合多次不同雷暴,在大样本量的基础下才能得到符合实际情况的数据。
[硕士论文] 刘金卿
大气科学 中国海洋大学 2013(学位年度)
摘要:本文利用中尺度模式WRF及三维变分同化系统3DVAR,通过一系列地形敏感性试验研究了不同的地形强迫对台风结构和强度变化的影响。同时利用角动量守恒方程,等相当位温守恒方程,位势涡度守恒方程研究了不同尺度气流之间的相互作用及其对登陆台风莫兰蒂结构和强度变化的影响。
  研究结果表明,登陆台风莫兰蒂结构和强度的不对称性,其近海加强后登陆降水过程和入浙后的再度引发强降水过程均和环境水平横切变线有关,两次强降水天气过程是水平横切变线,副热带高压和台风涡旋相互作用的结果。在三类实验中,台风移动方向的左侧的径向和垂直速度大于其右侧的径向和垂直速度矢量,同时在登陆台风莫兰蒂移动方向的左侧具有较强的非对称对流涡动上升运动及其相伴随的气旋式环流,而在台风移动方向的右侧则表现为较强的非对称涡动下沉运动。这种涡动非对称环流可能是导致登陆台风在其移动方向上左右结构不对称的根本原因。这种涡动非对称环流的形成可能是由于其移动方向的左侧存在有利于气旋型涡旋形成和发展的水平横切变线,而在台风莫兰蒂移动方向的右侧则因受到副热带高压的影响出现下沉涡动反气旋型气流。通过实际地形试验,平坦地形试验和无地形试验(海面边界条件)发现,地形是台风登陆后强度减弱和非对称结构形成的主要原因,但是登陆台风莫兰蒂的非对称结构和强度变化可能是地形,台风和切变线以及副热带高压相互作用的结果。需要注意的是,非对称涡动位涡度通量在实际地形(控制)试验和无地形(陆面)试验中均在台风移动方向的左侧表现出明显的重力波特征,尤其是在实际地形试验中,这种波动特征更加明显。这可能是由于台风在登陆过程中,在台风移动方向的左侧易于出现对流不稳定并激发重力波,正负涡动位涡度(或等相当位温)的变化倾向是由对流激发的大气重力波的槽和脊造成的。
[博士论文] 吴徐平
大气科学 中国科学技术大学 2013(学位年度)
摘要:物理模拟具有经济、操作方便、可重复性强、实验条件易控制等特点。物理模拟通过控制参数研究野外观测的现象并验证数值模拟的结果,是大气边界层研究的重要手段之一。本文利用对流水槽系统模拟了平坦热力非均匀下垫面条件下对流边界层的发展过程,分析了条状下垫面和马赛克状下垫面对流边界层的温度场特征和流场结构。同时还进行了具有水平切变的对流边界层模拟研究。主要内容如下:
   一、均匀下垫面对流边界层水平温度场特征的水槽模拟研究
   利用对流水槽模拟分析了均匀下垫面自由对流边界层的水平温度场结构特征。根据几何相似、运动相似和动力相似等要求设置初始条件和边界条件实施模拟。对流水槽的尺度为1.5m×1.5m×0.6m,先加入具有一定温度层结的去离子水,然后底部加热形成对流,模拟对流边界层的发生和发展。利用快速响应的温度传感器测量温度廓线和不同高度上的温度起伏;利用准直光闪烁原理获得光学湍流场。根据温度廓线和光学湍流场的结果得到对流边界层厚度和稳定度等参数。根据不同高度的水平脉动温度,利用AR谱方法分析水平温度谱峰值频率所对应的尺度,该尺度对应于对流边界层的准二维对流热泡的水平尺度。统计分析结果表明,自由对流边界层大涡的水平尺度在边界层的下部随高度的增加而增加,约在0.65倍边界层厚度处达到最大,然后随高度的增加又逐渐减小。物理模拟与数值模拟和野外观测结果符合一致。根据对流热泡的这种特征,提出了一个自由对流边界层的热泡模型。
   二、非均匀下垫面对流边界层的物理模拟研究
   实施的热力非均匀下垫面对流边界层的物理模拟实验可分成两类:条状下垫面和马赛克下垫面。
   (1)条状下垫面主要利用谱分析和动力学方法研究了两条状热力非均匀下垫面对流边界层的发展过程。通过对温度场和速度场的谱分析结果,可以得出以下结论:均匀场和非均匀场的谱呈现的规律很不相同;均匀场的谱峰通常为单峰结构,而非均匀场由于受下垫面的影响,出现多峰结构;非均匀流场同时存在较大尺度的谱峰和较小尺度的谱峰。分析表明,较大尺度的峰应主要受到非均匀的影响。较小尺度的谱峰和均匀场的尺度一致,可以认为是混合层湍流发展的结果。大尺度和小尺度的峰值波长的相对强度存在起伏变化。这实际上是均匀性和非均匀性相互作用的一种表现。对于两条状下垫面会引发类似海陆风的环流。测量显示水槽能较好地获得海陆风的典型结构,甚至海陆风环流的细节特征。使用尺度化的方法分析了海陆风发生过程的特征。水槽数据显示海陆风速度在发生阶段和充分发展阶段遵从出不同的规律。当海陆风处于充分发展阶段,海风速度的尺度律类似于野外观测和数值模拟的结果。但是在海陆风的发生阶段,海陆风速度遵从另外的尺度律,由此给出了海陆风发生的条件。水槽实验结果显示海陆风并不是在早晨陆地有向上的热通量和海陆温差出现后立即形成。分析表明,临界点可以解释为海风速度是对累积热通量的响应,即陆地对流边界层发展到足够的高度后,海风才能够发生。水槽实验数据同样被用来对海陆风的高度和体积通量检测尺度化分析。尽管结果并没有显示出归一化的海风深度与Π1和Π4的依赖关系比只与Π1的关系好,但体积通量尺度的有效性表明海风深度尺度与稳定度之间存在依赖关系。水槽实验也证实了陆面上方热辐合和空气自海洋到陆面的平流之间存在的平衡。在海陆风充分发展的时期,两者的平衡建立并得到维持。
   (2)马赛克下垫面主要从热力学的角度出发,分析了热通量廓线的振荡特征。通过在底面设置马赛克状隔热覆盖物,模拟热力非均匀下垫面的对流边界层的发生发展。在对流边界层发展的同时,利用实验获取的不同下垫面的温度廓线,对热通量廓线的特征进行研究。结果表明,非均匀下垫面对流边界层的归一化热通量随高度表现出非线性特征,即具有上凸和下凹的特征。上凸和下凹特征随时间出现振荡,这明显不同于均匀下垫面的情形。从热通量等值线图上可以看出,整体平均的热通量廓线振荡较小,局地热通量廓线振荡较大,而且下垫面未覆盖区域的热通量廓线比覆盖区域振荡的频率更高,振幅更大。这表明,非均匀下垫面条件下的对流边界层和均匀下垫面条件下的对流边界层的湍流结构有很大的不同。热力非均匀下垫面湍流特征呈现出一些均匀下垫面所没有的物理特性。在均匀下垫面得到的边界层的参数化规律不能简单地用于热力非均匀下垫面的对流边界层发展过程。
   三、具有水平切变对流边界层的水槽模拟研究
   风速切变是机械湍流产生的直接原因。机械湍流在大气边界层中的作用和影响一直备受关注。现有的水槽能很好地模拟对流边界层的特征,但一直未在对流边界层中引入水平流场。目前在水槽中实现同时加热和引入平流的实验还未见报道。在现有的对流水槽中引入水平流动,模拟了具有水平切变的对流边界层的发展过程。利用温度探头测量了8个高度位置处的脉动温度,并使用粒子追踪技术拍摄了二维速度场,计算了平均温度、温度方差、湍流度、平均速度等参量。分析结果表明:温度廓线在近地层满足对数关系,和野外观测较为一致;分别利用温度廓线和速度场定出了边界层随时间增长的变化关系,两者给出的结果较为一致。实验结果显示:该水槽能较好地模拟具有水平切变的对流边界层的发展过程,为后续工作的开展提供了一个很好的平台。
[硕士论文] 李秀镇
大气科学 中国海洋大学 2013(学位年度)
摘要:气溶胶能够直接或间接地影响到达地表的太阳辐射,是影响地球气候系统的关键因子。青岛是海滨城市,气溶胶来源复杂,研究青岛地区气溶胶辐射强迫对了解沿海地区气溶胶对气候的影响具有重要意义。本文利用长期地基观测的高分辨率的气溶胶光学资料及辐射数据进行气溶胶和水汽的辐射强迫研究。首先分析了气溶胶光学厚度、单次散射比日变化及季节变化特征。分别以探空资料和模式大气作为输入参量,利用SBDART模式计算晴空条件下到达地面的太阳总辐射,与观测资料比较进行误差分析。以此为基础计算了气溶胶和水汽在地面处、大气顶的辐射强迫,并估计了气溶胶对整层大气辐射的影响。结果表明:
  (1)晴空条件下大气气溶胶AOD(光学厚度)的日变化呈现五种变化趋势:上升型;递减型;中午峰值型;中午低值型;波动型。AOD呈现明显的季节变化,即夏季AOD数值最大(0.79),其次是春季(0.63),秋冬季最小(0.49、0.41)。AOD受温度、气压、风向影响显著。高温低压,盛行风向为南风时易出现高AOD。
  晴空条件下SSA(单次散射比)的日变化特征归结为四类:上升型;中午低值型;递减型;波动型。单次散射比各季节平均值差别很小。夏、秋、冬三季单次散射比与相对湿度存在较好的正相关。
  (2)模式的敏感性试验表明,AOD、水汽柱含量对总辐射模拟的敏感性较强。使用模式大气的模拟结果远低于观测值,平均偏差超过50 W/m2。使用探空资料进行模拟的结果优于模式大气,模拟结果略低于观测值,平均偏差11 W/m2(短波段)。分谱带模拟的结果表明,水汽条件是其误差较大的主要原因。长波段的模拟结果普遍低于观测值,平均偏差为33 W/m2。无论是短波段还是长波段,模拟结果均与观测值存在显著相关性。
  (3)气溶胶对辐射的影响集中在短波段,长波段辐射强迫量值较小。短波段,气溶胶显著的影响了辐射收支,大气气溶胶在地面造成了强烈的冷却效应,对于大气内则具有显著的加热作用。晴空条件下气溶胶在地面处、大气顶及整层大气的辐射强迫平均值分别为-58W/m2、-10W/m2、47W/m2。气溶胶对整层大气的平均加热率为0.47K/d。
  大气气溶胶在地面和大气内的辐射强迫量值显著的依赖于AOD的大小,二者相关系数分别为-0.916、0.798。与地面处和大气内气溶胶辐射强迫相比,大气顶气溶胶辐射强迫与AOD的相关性较差。
  地面处辐射强迫均为负值,而大气顶、整层大气的辐射强迫的正负与单次散射比有关。大气顶辐射强迫正值仅在单次散射比低于0.9时出现,整层大气辐射强迫在单次散射比接近1的时候存在部分负值。
  (4)长波段,水汽辐射强迫远大于气溶胶辐射强迫。水汽对长波辐射起吸收作用,在地面、大气顶的量值分别为89W/m2、4W/m2。
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