【摘 要】
:
大气边界层高度(PBLH)是表述边界层结构的关键变量之一,在垂直湍流混合、大气边界层对流运动和陆-气耦合中起着决定性的作用。然而鲜有研究能系统地阐述边界层高度在大区域复杂地表状态下的空间差异及其影响因素。本文基于高垂直分辨率的5年(2012-2016年)夏季L波段全国秒级探空资料网络,结合三种主流的再分析资料,采用Liu-Liang法研究了全国范围内不同时次不同热力状态下PBLH的空间特征及区域性
论文部分内容阅读
大气边界层高度(PBLH)是表述边界层结构的关键变量之一,在垂直湍流混合、大气边界层对流运动和陆-气耦合中起着决定性的作用。然而鲜有研究能系统地阐述边界层高度在大区域复杂地表状态下的空间差异及其影响因素。本文基于高垂直分辨率的5年(2012-2016年)夏季L波段全国秒级探空资料网络,结合三种主流的再分析资料,采用Liu-Liang法研究了全国范围内不同时次不同热力状态下PBLH的空间特征及区域性差异。在此基础上,重点探讨了土壤湿度及海拔高度对其作用的区域性差异,并从热力、动力的角度探讨了相关物理机制,主要结果如下:(1)主流的ERA5、FNL以及CERA-SAT再分析资料均无法刻画出PBLH的日循环及同一时次不同热力状态下PBLH特征。中国PBLH日循环中,1400BJT(日间)PBLH最高,呈“西北高东南低”的空间型,有较大的区域性差异。进一步将边界层按热力状态分为对流(CBL)、中性(NBL)以及稳定边界层(SBL),研究发现日间边界层多以对流状态为主,但仍存在相当数量的SBL,而异常偏湿的整层大气和较多的云量会抑制边界层的发展,很可能会导致日间SBL的发生,而全国范围内,ERA5更接近实际观测的日间CBL及NBL高度。(2)边界层高度对土壤湿度(SM)的依赖性存在区域性差异,日间CBL与NBL高度在干区与气象要素更密切,在湿区与SM更密切。日间CBL与NBL高度和SM之间普遍存在较强的负相关,呈“西北弱东南强”的空间型,区域性差异较大,这与SM和感热通量(SHF)之间的负相关关系有关;相反,日间SBL高度与SM呈正相关。此外,多云、潮湿、稳定的大气导致CBL与NBL变浅。SHF在干区和边界层高度之间的相关性强于湿区(干区CBL:0.25,NBL:0.33;湿区CBL:0.16,NBL:0.18)。(3)全国范围内,海拔高度与日间CBL高度呈正相关,这种相关性有较强的区域性差异,日间CBL高度在干区对海拔高度变化更敏感。同纬度带海拔高度与感热潜热通量总和(SHF+LHF)及100m风速也呈一定的正相关,相关系数分别为:0.59和0.49。高海拔地形区有更大的SHF以及风速,它们的共同作用导致边界层内湍流混合作用增强,从而促进CBL发展。干区低的SM导致LHF占比较少,SHF占比较高,而湿区相反。SHF加热大气,抬升边界层,而LHF会抑制边界层的发展,因此干区日间CBL高度对地形变化更敏感。可以得到SM与海拔高度联合作用于边界层高度的两条途径:第一,热力途径:海拔高度影响陆面接收总能量,而SM影响能量分配,从而影响PBLH;第二,动力途径:海拔高度升高导致风速增加,进而湍流混合作用增强,边界层变厚,反之亦然。(4)区域天气气候研究和预测模式能较好地模拟中国边界层高度日平均特征,在模式中采用多参数化方案的集合平均可以显著地减少偏差。中国夏季边界层高度对模式的物理过程非常敏感,其中对边界层参数化方案最为敏感,其次是陆面过程和辐射方案。模式的模拟结果有较大的区域性差异,因此我们为不同地理、干湿分区推荐了不同的模式参数化方案配置。本文主要关注了土壤湿度及海拔高度对中国夏季边界层高度影响的空间差异,为研究不同区域边界层高度的影响因子提供基础,并为模式参数化方案及再分析资料的选择提供依据。
其他文献
夏季强对流活动不仅能在对流层造成剧烈的闪电活动,还会激发环状重力波(CGWs),对流活动与其激发的波动特征有关,CGWs在经由平流层和中间层传播后,抵达80~90 km高度,对发生在附近高度的中高层TLEs有调制作用。本文完整地考虑上述过程,以“对流层激发—平流层传播—中间层调制”为研究的基本思路,并且结合观测数据与模型验证,既能明确各种现象间的相互联系,也能为今后的观测统计和模式参数化提供依据。
海洋浮游植物是海洋生态系统中食物网的基础和最重要的初级生产者,并且浮游植物种类的组成及其生物量的变化会影响海洋生态系统的功能和结构。因此,了解和掌握浮游植物粒级结构(Phytoplankton Size Classes,PSCs)和种群结构(Phytoplankton Population Structures,PPSs)的分布和变异规律为研究海洋生态系统和生物地球化学过程提供有价值的信息。相比于
地球是太阳系的一个行星,由大气层包裹,大气环流作为气象学中重要的一部分,表征了大气的动力过程,大气角动量及其平衡是主要诱因之一。固体地球和大气之间的角动量平衡及传输,直接影响着大气环流的变化,进而决定了全球气候的变化方向。本文利用大气再分析数据计算出了近70年的大气角动量及力矩的值,详细分析了其在不同空间尺度和时间尺度上的变化,讨论了基于再分析数据计算的地气角动量与理论推导结果之间的差异。结合太阳
厄尔尼诺-南方涛动(El Ni(?)o-Southern Oscillation;ENSO)是海气耦合系统最强的年际变率信号,它的发生往往对全球的天气、气候异常具有重要影响。因此,关于ENSO可预报性及其预测的研究具有重要意义。春季预报障碍严重影响ENSO的预报技巧,而上世纪九十年代以来频繁发生的区别于传统东部型(EP)-El Ni(?)o事件的新型El Ni(?)o,即中部型(CP)-El Ni
多普勒激光雷达是进行晴空大气风场探测的重要遥感设备之一,具有高精度和高时空分辨率的特点。目前,市场上的连续相干多普勒测风激光雷达多采用零差相干与其他设备相结合或采用外差相干技术来获得大气风场在雷达径向方向上的速度大小和正负,本文基于镜频抑制技术零差,采用光纤90°相位控制器,研制了全光纤连续相干多普勒测风激光雷达。该雷达系统通过对本振光进行相位控制,得到正交的IQ信号,采用镜频抑制零差技术,得到径
海冰及其异常变化对气候具有十分重要的影响,尤其是在全球变暖大背景下,海冰消融及其气候效应成为了气候变化研究领域的热点问题。关于前期海冰对后期大气环流和气候的影响,已经开展了大量的研究。然而,前期海冰异常到底通过何种途径影响后期的大气环流和气候,相关的机理还没有形成较为一致的认识。秋季北极海冰的年际变率显著,其异常变化对冬季温度和大气环流的影响都至关重要。秋季海冰异常能在一定程度上影响欧亚大陆的陆地
热带气旋活动(包括生成频数、路径、强度等)受到多种时间尺度因子的影响。长期以来,前人大多关注天气尺度、季节尺度、到年际尺度热带气旋活动的规律及机理。相对而言,对其长期变化(包括年代际变化和趋势变化)的认识还不足,在其影响机理方面还存在着诸多争议。本文围绕热带气旋长期变化这一主题,从全球变暖外强迫和大气内部气候变率影响入手,基于统计分析方法和大气环流模式模拟,系统地研究了热带气旋活动年代际变化和长期
本文使用美国NCAR大气环流模式Community Atmosphere Model(CAM5.1)研究中国东部城市下垫面变化和人为气溶胶排放对东亚季风的影响,评估模式控制试验对东亚地区夏季和冬季气温、降水、环流气候态的模拟情况,在此基础上分别探讨城市下垫面变化/人为气溶胶造成的夏季和冬季气温、降水、地表能量平衡的改变,并深入分析东亚季风变化的详细物理机制。通过不同初值的集合试验以及不同海表温度背
近年来卫星已成为热带气旋(TC)监测和预报的重要手段。部分极轨卫星上搭载的微波探测仪具有一定的穿透云层的能力,可以有效对TC内部大气状态进行观测。但是,微波探测仪在强散射区域往往会出现较大反演误差,主要表现为反演出的TC中心附近对流层低层温度场常存在异常冷池,这与模式结果及飞机观测事实不相符。研究TC内核区强散射条件下微波仪器对大气状态的反演,可以极大弥补海上TC内核区观测资料的不足,对提高TC强
水汽是大气重要的组成部分,大气中水汽含量分布情况及水汽变化情况非常复杂,推动天气和气候变化,在中小尺度灾害性天气形成和演变过程中起重要作用。如何有效地、准确地获取水汽分布的信息,对天气预报、气候监测及防灾减灾具有特别重要的意义。一般大气水汽探测受到探测精度和时空分辨率影响,无法获取高精度、高时空分辨率的水汽信息。当前的水汽监测系统在观测时间和空间分辨率、设备造价、布网密度和监测精度等方面存在很多不