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黄土高原半干旱区地表能量不闭合及其对二氧化碳通量的影响

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物理学报 2013年第9期62卷 528-539页

作者：梁捷宁张镭张武史晋森半干旱气候变化教育部重点实验室兰州大学大气科学学院兰州730000

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(Semi-Arid Climate and Environment Observatory of Lanzhou University,SACOL)2008年资料分析了SACOL代表的黄土高原半干旱区稀疏草地下垫面上的能量平衡闭合情况.不同季节,白天总体能量平衡比率... 详细信息

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(Semi-Arid Climate and Environment Observatory of Lanzhou University,SACOL)2008年资料分析了SACOL代表的黄土高原半干旱区稀疏草地下垫面上的能量平衡闭合情况.不同季节,白天总体能量平衡比率在0.80左右.夜间只有0.20左右.选取不存在局地环流的资料,考虑土壤热存储和垂直感热平流后,白天能量平衡比率在85%以上,春夏秋三季夜间也达到70%,但冬季夜间能量闭合度仅为29.4%.白天,涡动相关系统对湍流热量通量观测的偏差存在季节差异,冬季低估最多,秋季次之,春夏季观测相对较理想;夜间,涡动相关系统对湍流热通量严重低估.湍流热量通量的低估通过空气密度效应修正传递对CO2通量产生影响,造成长期净碳交换的不确定性.WPL修正引入的湍流热量误差导致涡动相关系统错误地高估下垫面吸收存储CO2能力,全年NEE估计偏高41.2%.

关键词：黄土高原涡动相关能量闭合密度效应修正

中国非季风区与季风区云水资源及降水效率的差异特征

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兰州大学学报（自然科学版） 2023年第5期59卷 620-627页

作者：张云舒梁捷宁郭琪张镭兰州大学大气科学学院半干旱气候变化教育部重点实验室兰州730000 贵州师范大学地理与环境科学学院贵阳550000 兰州大学西部生态安全省部共建协同创新中心兰州730000

利用2000-2016年国际卫星云气候学计划月平均云资料与全球降水气候学项目的月降水资料,对比分析中国非季风区和季风区云水资源和降水量的时空分布特征及变化趋势;利用同时期欧洲中期天气预报中心ERA 5水汽输送通量再分析资料分析上述区... 详细信息

利用2000-2016年国际卫星云气候学计划月平均云资料与全球降水气候学项目的月降水资料,对比分析中国非季风区和季风区云水资源和降水量的时空分布特征及变化趋势;利用同时期欧洲中期天气预报中心ERA 5水汽输送通量再分析资料分析上述区域水汽输送路径和水汽总量的年际变化特征.结果表明,在空间分布方面,中国空中云水资源含量和降水空间分布基本呈现南多北少的分布特征,高值区常沿高大山脉分布.在年内变化方面,总云量、低云量、云水路径和降水量均具有明显的季节变化特征,除低云量外均在6月出现明显峰值.在年际变化方面,非季风区总云量呈现减少趋势,季风区总云量呈现增加趋势,平均每10 a增加5%,两区域云水路径和降水量均呈现增长的趋势,季风区云水路径和降水量平均增加0.3 g/(m^(2)·a)和0.01 mm/d;非季风区平均增加0.22 g/(m^(2)·a)和0.009 mm/d.低云量呈现减小趋势,非季风区平均每10 a降低0.86%,季风区平均每10 a降低0.46%.近年来经西北和东北地区向内陆输送的水汽通量增加明显,在新疆北部和东北地区出现水汽通量增长的高值区,是中国近年来降水增加的主要原因.

关键词：云量云水路径季风区和非季风区

黄土高原复杂地形上边界层低空急流对近地层湍流的影响

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地球物理学报 2014年第5期57卷 1387-1398页

作者：梁捷宁张镭田鹏飞曹贤洁王宏斌闭建荣半干旱气候变化教育部重点实验室、兰州大学大气科学学院兰州730000 南京信息工程大学中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京210044 江苏省气象科学研究所南京210009

利用中尺度气象数值模式(Weather Research and Forecasting Model,WRF)模拟风场,结合兰州大学半干旱气候与环境观测站(Semi-Arid Climate and Environment Observatory of Lanzhou University,SACOL)湍流观测资料,分析了黄土高原复杂地形上稳定边界层低空急流对近地层湍流活动的影响.黄土高原复杂地形上稳定边界层低空急流的形成与地形作用引发的局地环流有关.低空急流对近地层湍流活动有强烈影响,剪切作用使小尺度湍涡活动加剧,湍动能增大,同时非平稳运动被压制.低空急流发生时,观测数据有87.3%是弱稳定情形(梯度理查森数小于0.25);而无低空急流时,对应时段的观测表明65.4%属于强稳定层结(梯度理查森数大于0.3),非平稳运动造成湍流功率谱在低频端迅速增大.与无低空急流和弱低空急流情形相比,强低空急流发生时,近地层湍动能增大1倍,湍动能在垂直方向上的传递增大1个量级,且方向向下,约为-3×10-3 m3·s-3,湍流在上层产生并向下传递.

关键词： WRF模式涡动相关向下传递边界层湍动能风廓线

黄土高原复杂地形上高质量湍流通量数据获取方法

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地球物理学报 2016年第6期59卷 1971-1982页

作者：苑广辉张镭李遥梁捷宁半干旱气候变化教育部重点实验室兰州大学大气科学学院兰州730000

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站（Semi-Arid Climate and Environment Observatory of Lanzhou University,SACOL）湍流观测资料,分析了二次坐标旋转（double rotation,DR）、平面拟合（planar fit,PF）和分风区平面拟合（fetch planar fit,FPF）在复杂地形上的适用性,总结出一套适用于SACOL的总体湍流特征参数化方案.经过超声虚温订正、坐标旋转、空气密度脉动订正以及平稳性检验、总体湍流特征检验、总体质量分级处理,摩擦速度（u＊）、感热通量、潜热通量、CO2通量高质量数据所占比例分别为45%-62%、66%-68%、62%-65%、52%-54%.采用DR得到的高质量数据比例与采用PF相比,u＊提高了17%,后三种通量略降低2%-3%.PF和FPF两种结果的差别主要体现在u＊上,只考虑主导风向数据DR得到的u＊质量仍最好.综合兼顾数据质量和计算工作量,在复杂地形上处理湍流观测资料的最优坐标旋转方法是DR.

关键词：黄土高原涡动相关通量订正质量控制分风区平面拟合

基于激光雷达和航空器报告识别低空风切变及其演变过程研究

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高原气象 2023年第5期42卷 1338-1350页

作者：丁婕张镭胡泽勇王介民张开俊梁捷宁王元张志达徐丽丽王瑾蔡涛半干旱气候变化教育部重点实验室兰州大学大气科学学院甘肃兰州730000 中国科学院西北生态环境资源研究院寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室甘肃兰州730000 中国民用航空西北地区空中交通管理局甘肃分局甘肃兰州730087 中国科学院大学北京100049 兰州大学西部生态安全省部共建协同创新中心甘肃兰州730000 兰州中心气象台甘肃兰州730020

低空风切变是影响航空安全和高效运行的重要因素。中川机场作为山地型内陆机场,受复杂地形和天气系统影响,风切变发生频率高且多发于夏季。本文根据航空器报告统计分析2009-2018年中川机场低空风切变事件的时空分布特征,采用基于测风激... 详细信息

低空风切变是影响航空安全和高效运行的重要因素。中川机场作为山地型内陆机场,受复杂地形和天气系统影响,风切变发生频率高且多发于夏季。本文根据航空器报告统计分析2009-2018年中川机场低空风切变事件的时空分布特征,采用基于测风激光雷达(Windcube 400s-at)资料的风切变识别方法对比了固定窗口法和自适应窗口法的识别效果,并探究了该地区风切变三维结构的连续演变和空间分布特征。研究表明,近十年中川机场低空风切变事件发生频次的增长率大于航班量的增长率;受天气影响,低空风切变事件峰值出现于4-7月和8-10月;67.2%低空风切变事件伴随对流天气,多发生于午后200 m高度以下,危险性高、风切变强度受对流天气强度影响。相比于固定窗口法,自适应窗口法识别范围更大,更适用于风切变三维结构连续演变的研究。该区域风切变垂直空间分布低,水平尺度多为1000~1500 m和2000~2600 m,过程持续时间多在20 min内,移动方向主要受背景风影响。本文研究结果有助于进一步了解该区域风切变的特征,为低空风切变识别、演变机理和预报预警等提供参考。

关键词：测风激光雷达低空风切变航空气象中川机场

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半干旱区不同下垫面大气湍流通量比较分析

高原气象 2017年第5期36卷 1325-1335页

作者：陈丽晶张镭梁捷宁周旭兰州大学大气科学学院半干旱气候变化教育部重点实验室兰州730000

为了更深入地认识不同条件下的陆-气相互作用,选取2007年1月至2008年12月兰州大学半干旱气候与环境观测站(Semi-Arid Climate and Environment Observatory of Lanzhou University,SACOL)与中科院吉林通榆观测站的湍流资料,并结合常规... 详细信息

为了更深入地认识不同条件下的陆-气相互作用,选取2007年1月至2008年12月兰州大学半干旱气候与环境观测站(Semi-Arid Climate and Environment Observatory of Lanzhou University,SACOL)与中科院吉林通榆观测站的湍流资料,并结合常规气象观测资料,利用Swinbank于1951年提出的涡动相关法分析三种下垫面上的湍流通量,从而定量地描述和认识陆-气相互作用,并比较分析半干旱区不同下垫面热通量和动量通量的日变化与季节变化特征。结果表明:(1)SACOL、草原站和农田站上感、潜热通量的日变化均表现为单峰型,其中感热通量Hs日峰值可分别达到140.3,157.3和144.8 W·m-2;潜热通量LvE日峰值为Hs的40%~75%。(2)夜间热通量主要集中于-22.6~24.2 W·m-2,夜间Hs一年四季均表现为负值,而LvE几乎保持正值。(3)各测站上动量通量τ具有明显日变化,但由于风向、风速差异,通榆地区τ的日峰值可达0.25 kg·m-1·s-2,而SACOL仅有0.08 kg·m-1·s-2。(4)通榆站上τ的日变化具有显著季节差异,春、秋季的日较差远大于其他季。(5)排除热力因子影响,黄土高原下垫面对湍流活动的削弱作用更强,在该下垫面上近地层大气更容易也更快趋于稳定。

关键词：陆-气相互作用湍流通量涡动相关 SACOL 吉林通榆

利用大涡模式模拟黄土高原地区对流边界层特征

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高原气象 2020年第3期39卷 523-531页

作者：李雪洮梁捷宁郭琪徐丽丽张镭半干旱气候变化教育部重点实验室兰州大学大气科学学院甘肃兰州730000 新疆维吾尔自治区气候中心新疆乌鲁木齐830002

边界层湍流所引起各物理量的垂直输送在大气过程中起着重要作用。研究对流边界层特征对分析污染物扩散条件,认识陆气间物质、能量的输送交换机制和提高数值模式模拟能力具有重要意义。受限于目前许多地区通量观测站较少、资料时空分辨... 详细信息

边界层湍流所引起各物理量的垂直输送在大气过程中起着重要作用。研究对流边界层特征对分析污染物扩散条件,认识陆气间物质、能量的输送交换机制和提高数值模式模拟能力具有重要意义。受限于目前许多地区通量观测站较少、资料时空分辨率较低,为了研究黄土高原地区大气边界层结构及其特征,将中尺度气象模式WRF(The Weather Research and Forecasting Model)与大涡模式WRF Large-Ed‐dy Simulation(WRF-LES)嵌套使用,分析了黄土高原夏季温湿廓线情形下,由热力驱动的边界层结构特征。结果表明:(1)WRF-LES模拟的地面风温场能较好地显示边界层典型湍流结构,其他气象要素的模拟结果也比较符合边界层实际。(2)混合层顶所在的1000 m高度处垂直湍流强度最大,强夹卷作用导致湍涡尺度减小且涡旋数量增多。(3)在模拟区选定的参数化方案下,采用夏季实际粗糙度0.062 m替换模式默认值0.1 m,发现使用实际粗糙度的模拟温度较之前低0.4 K,与模拟区中心处的观测数据更接近,说明采用合理的粗糙度对提高WRF-LES模拟效果有重要作用。

关键词： WRF 边界层高度粗糙度湍流强度大涡模拟

中国3个AERONET站点气溶胶微物理特性分析及比较

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中国环境科学 2014年第8期34卷 1927-1937页

作者：张志薇王宏斌张镭胡蝶田鹏飞梁捷宁王式功兰州大学半干旱气候变化教育部重点实验室大气科学学院甘肃兰州 730000 江苏省气象服务中心江苏南京 210008 江苏省气象科学研究所江苏南京 210009 中国气象局兰州干旱气象研究所甘肃兰州 730020

选取中国地区区域代表性较强且观测时间序列较长的3个AERONET站点（SACOL、香河和太湖）,分析了其气溶胶微物理参数特征.香河和太湖多年平均气溶胶光学厚度（AOD）分别为0.67±0.66和0.72±0.44,是SACOL AOD平均值（0.38±0.27）的近2倍... 详细信息

选取中国地区区域代表性较强且观测时间序列较长的3个AERONET站点（SACOL、香河和太湖）,分析了其气溶胶微物理参数特征.香河和太湖多年平均气溶胶光学厚度（AOD）分别为0.67±0.66和0.72±0.44,是SACOL AOD平均值（0.38±0.27）的近2倍,且AOD变化范围较大.SACOL春冬季AOD较大,夏秋季AOD较小;而香河和太湖夏春季较大,秋冬季较小.结合尺度分布、体积浓度等参数特征说明沙尘是SACOL春季最主要的气溶胶类型,香河春季受沙尘的影响也较严重,而太湖受沙尘影响的频率较香河要小的多;香河和太湖AOD最大值出现月份与细模态粒子体积浓度最大值出现月份一致,是由于细模态粒子的消光效率是粗模态粒子的3--4倍.细模态体积比（Vf/Vt）的年变化趋势与？ngstr？m波长指数（α）的年变化趋势相似,Vf/Vt和α均可以用来分析粒子尺度大小的年变化特征.但α〈0.75时,3个站点Vf/Vt均小于0.4,以粗模态粒子为主;α〉1.7时,Vf/Vt大于0.6,以细模态粒子为主;而0.75〈α〈1.7时,也是α出现概率最高的区间,3个站点Vf/Vt均在0.1∽0.8之间变化.

关键词：气溶胶光学厚度体积浓度细模态体积比 Angstrom波长指数

黄土高原复杂地形受中尺度运动影响的稳定边界层湍流特征

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大气科学 2013年第1期27卷 113-123页

作者：梁捷宁张镭鲍婧赵世强黄建平张武兰州大学大气科学学院半干旱气候变化教育部重点实验室兰州730000

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(Semi-AridClimateandEnvironmentObservatoryofLanzhouUniversity,简称SACOL)2008年12月观测资料,研究了稳定边界层湍流特征。使用涡动相关资料研究湍流通量时,定义湍流的平均时间τ内的中尺度运动... 详细信息

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(Semi-AridClimateandEnvironmentObservatoryofLanzhouUniversity,简称SACOL)2008年12月观测资料,研究了稳定边界层湍流特征。使用涡动相关资料研究湍流通量时,定义湍流的平均时间τ内的中尺度运动是造成湍流统计量变化范围大的主要原因,稳定情形τ取几十秒至几分钟。对梯度理查森数大于0.3的强稳定情形的湍流尺度分解(MRD)谱分析表明,感热通量在112.4～449.9s存在谱隙,尺度大于谱隙的中尺度运动造成了通量观测资料离散性大,甚至有支配性影响。动量通量的谱隙在112.4～224.9s之间。弱风时,中尺度运动的影响更大,垂直风速标准差以0.1的比率随中尺度风速变化;垂直风速标准差同广义风速表现出很好的相关性,并随着广义风速消失而消失。三维风速标准差与摩擦速度呈很好的线性关系,垂直、水平、横风风速的无量纲标准差分别为1.35、2.54、2.21。对湍流动能的研究发现,在梯度理查森数大于0.3的条件下,仍然存在连续的湍流。以湍动能为依据,分析了湍流的平稳时间长度,其长度随稳定度变化而变化,2008年12月7～11日从133.5s变化到856.2s,湍流平稳时间长度反映了中尺度运动的发生频率。

关键词：稳定边界层涡动相关中尺度运动湍流谱