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对流边界层湍流通量及逆梯度输送参数化分析

大气科学学报 2016年第3期39卷 417-425页

作者：韩永翔宋昊冬刘烽赵天良南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心江苏南京210044 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江苏南京210044

"K"理论是众多气象预报模式中运用最广泛的湍流参数化方案之一,但无法解释"逆梯度"的输送,必须进行修正。最具代表性的修正方案有三种:方案Ⅰ(Deardroff方案)、方案Ⅱ(Holtslag和Moeng方案)和方案Ⅲ(刘烽方案)。本文利用香河的边界层观... 详细信息

"K"理论是众多气象预报模式中运用最广泛的湍流参数化方案之一,但无法解释"逆梯度"的输送,必须进行修正。最具代表性的修正方案有三种:方案Ⅰ(Deardroff方案)、方案Ⅱ(Holtslag和Moeng方案)和方案Ⅲ(刘烽方案)。本文利用香河的边界层观测资料对上述三种方案进行验证和比较,发现方案Ⅰ的结果在整个对流边界层(Convective Boundary Layer,CBL)呈系统性偏低,与观测不符;方案Ⅱ在CBL中上部能够再现逆梯度输送现象,基本能给出合理的湍流通量垂直分布,但在CBL的下部和上部与观测不符;方案Ⅲ的逆梯度项与高度有关,并在CBL中部达到最大,而其他两个方案中逆梯度项随高度不变。该方案不但在CBL中上部与方案Ⅱ的结果一致,并能合理表达整个CBL内的湍流通量分布,更接近观测结果。

关键词：对流边界层湍流通量参数化逆梯度输送

福州市PM_(2.5)污染过程中大气边界层和区域传输研究

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中国环境科学 2015年第2期35卷 347-355页

作者：蒋永成赵天良王宏王琼常炉予谭成好南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心中国气象局气溶胶-云-降水重点开放实验室江苏南京210044 福建省气象科学研究所福建省气象局福建省气象信息中心福建省气象局福建福州350001 上海市城市环境气象中心上海市气象局

以福建省会福州市2013年1月空气质量变化为对象,分析大气边界层变化和周边区域污染物传输对福州市大气颗粒物PM2.5的影响.利用福州市2013年1月逐日地面和探空观测资料以及NCEP提供的2013年1月FNL分析资料,通过大气边界层要素与PM2.5浓... 详细信息

以福建省会福州市2013年1月空气质量变化为对象,分析大气边界层变化和周边区域污染物传输对福州市大气颗粒物PM2.5的影响.利用福州市2013年1月逐日地面和探空观测资料以及NCEP提供的2013年1月FNL分析资料,通过大气边界层要素与PM2.5浓度之间的相关性,对PM2.5污染过程的大气边界层特征进行分析;同时采用HYSPLIT后向轨迹模拟及区域风场相关矢分析对影响福州雾霾的污染物区域传输路径进行探讨.结果表明:地面气温与PM2.5浓度呈正相关,地面风速与PM2.5浓度呈负相关,近地面边界层条件有利于霾颗粒物的形成和累积.但不同于我国东部主要污染源区霾污染过程中存在大气边界层逆温,福州PM2.5污染过程中并未出现大气边界层逆温结构,这一边界层结构的垂直混合可有利于区域传输的污染物从上层大气到达近地面从而加重福州霾污染,福州是华东地区一个PM2.5污染物的主要接受区,PM2.5污染物主要以外源输送为主.2013年1月份福州市清洁日近地面风向为海洋吹向大陆的东南风,霾污染日则为大陆吹向海洋的偏北风,PM2.5污染物主要从长三角地区、苏北以及安徽河南一带通过东北和西北方向的传输路径影响福州的空气质量.

关键词：霾污染大气边界层长江三角洲地区区域输送福州

1980—2010年中国区域地面风速对能见度影响的地理分布特征

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中国沙漠 2013年第6期33卷 1832-1839页

作者：程叙耕何金海车慧正赵天良郑小波南京信息工程大学大气科学学院江苏南京210044 中国气象科学研究院大气成分研究所北京100081 南京信息工程大学大气物理学院江苏南京210044 贵州省气候中心贵州贵阳550002

利用1980—2010年中国气象局576个气象站的能见度和日平均风速资料,分别分析了中国区域低能见度下风速的空间分布、能见度与风速之间的相关关系、风速变化对能见度变化的影响,讨论了城市化效应和近海地理位置对其影响程度。结果表明:在... 详细信息

利用1980—2010年中国气象局576个气象站的能见度和日平均风速资料,分别分析了中国区域低能见度下风速的空间分布、能见度与风速之间的相关关系、风速变化对能见度变化的影响,讨论了城市化效应和近海地理位置对其影响程度。结果表明:在低能见度(小于10km)状况下,从内蒙古到新疆东部的沙漠及干旱地区对应的是高风速,在广大东部、南部地区,特别是四川盆地地区对应的是低风速(2m·s-1以下);类似地理学的胡焕庸线,中国大陆存在一条东北—西南走向的界线,以此界线划分,能见度与风速关系呈现"东正西负"型分布。界线以西地区包括中国沙漠及相邻干旱及半干旱地区,一年四季中能见度和风速均呈负相关关系,尤其春季最为明显,这表明这些地区能见度的恶化主要取决于大风驱动的沙尘气溶胶排放及传输。在界线以东地区,能见度和风速呈正相关,并且其正相关以秋冬季最强;夏季,盛行的西南季风使能见度与风速关系的"东正西负"分界线北移且其正负相关均为最弱,说明夏季影响能见度的因素相对其他季节更为复杂;东部地区能见度的变化对风速变化响应较小;在四川盆地、贵州至广西和巴丹吉林沙漠地区能见度对风速响应更为敏感,在这些地区风速在对能见度影响中起到重要作用;大城市的能见度对风速响应的敏感程度略微高于中小城市及乡村,说明城市化影响存在但效果有限;近海岸地区因受海陆风影响,响应的敏感度较内陆小且季节变化不明显。

关键词：地面风速能见度气象条件胡焕庸线

中国北方沙漠戈壁区沙尘气溶胶与太阳辐射的关系

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中国环境科学 2011年第11期31卷 1761-1767页

作者：邓祖琴韩永翔白虎志赵天良中国气象局兰州干旱气象研究所甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室甘肃兰州730020 南京信息工程大学大气科学学院江苏南京210044 加拿大环境署空气质量研究部

利用中国大陆气溶胶指数(TOMS AI)、天文总辐射、地面太阳总辐射和沙尘能见度等观测和理论计算资料,对中国北方沙漠戈壁区沙尘气溶胶与太阳辐射的关系进行了分析.结果表明:沙漠地区太阳辐射和沙尘气溶胶指数有非常高的相关性,且变化趋... 详细信息

利用中国大陆气溶胶指数(TOMS AI)、天文总辐射、地面太阳总辐射和沙尘能见度等观测和理论计算资料,对中国北方沙漠戈壁区沙尘气溶胶与太阳辐射的关系进行了分析.结果表明:沙漠地区太阳辐射和沙尘气溶胶指数有非常高的相关性,且变化趋势一致.表明由太阳辐射触发的热对流是影响沙漠地区沙尘气溶胶最主要的因子;沙尘气溶胶进入大气中,必然也会对太阳辐射产生重大的影响.晴日时沙尘气溶胶吸收和散射辐射可达沙尘暴(含扬沙)天气时的60%以上.

关键词：沙尘气溶胶太阳辐射热对流:吸收和散射辐射

近30年塔里木盆地浮尘天气及持续浮尘滞空的气候特征

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气象学报 2022年第2期80卷 322-333页

作者：孟露赵天良何清杨兴华买买提艾力·买买提依明杨帆周成龙霍文王敏仲潘红林杨婕中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所/中国气象局塔克拉玛干沙漠气象野外科学试验基地乌鲁木齐830002 南京信息工程大学大气物理学院南京210044

塔里木盆地沙尘天气具有独特的持续浮尘滞空区域特征。目前塔里木盆地浮尘天气的气候学特征认知依然停留在1990年,亟待认知近30年塔里木盆地浮尘天气的变化特征。因此,利用1991—2020年塔里木盆地27个观测站浮尘天气观测资料,分析塔里... 详细信息

塔里木盆地沙尘天气具有独特的持续浮尘滞空区域特征。目前塔里木盆地浮尘天气的气候学特征认知依然停留在1990年,亟待认知近30年塔里木盆地浮尘天气的变化特征。因此,利用1991—2020年塔里木盆地27个观测站浮尘天气观测资料,分析塔里木盆地近30年浮尘天气的时、空变化特征,并给出盆地持续浮尘天气的频次分布,以加深对塔里木盆地浮尘“滞空”变化特征的认识。近30年(1991—2020年)塔里木盆地浮尘日数年际变化趋势呈“V”型特征,即1991—2011年浮尘天气呈现整体下降趋势,但2012年以来反转为上升趋势。塔里木盆地南部皮山—和田—策勒—民丰一线地区维持一个浮尘天气频发区的极值中心,且进入21世纪以来,盆地南部这一浮尘天气频发区的极值中心东移至民丰地区,中心值为152 d。塔里木盆地浮尘天气具有独特的区域特征,近30年盆地持续2 d及其以上的浮尘天气占浮尘日总数的64.25%。塔里木盆地南部和田与策勒等地,甚至出现持续30 d以上的月时间尺度持续性极端浮尘事件。给出了一个值得关注的塔里木盆地浮尘“滞空”的沙尘气候特征。

关键词：塔里木盆地沙尘天气持续性浮尘气候特征

南京地区一次灰霾天气的微脉冲激光雷达观测分析

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中国环境科学 2014年第7期34卷 1667-1672页

作者：严国梁韩永翔张祥志汤莉莉赵天良王瑾南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室江苏南京210044 江苏省环境监测中心江苏南京210036 贵州省气象局贵州贵阳550002

利用微脉冲激光雷达（MPL）对2012年10月南京地区的一次灰霾天气进行了不间断观测,结合地面气象要素和PM10、PM2.5质量浓度资料分析了此次污染过程颗粒物质量浓度、气象要素、气溶胶垂直方向光学特性和混合层高度（MLH）日变化趋势以及... 详细信息

利用微脉冲激光雷达（MPL）对2012年10月南京地区的一次灰霾天气进行了不间断观测,结合地面气象要素和PM10、PM2.5质量浓度资料分析了此次污染过程颗粒物质量浓度、气象要素、气溶胶垂直方向光学特性和混合层高度（MLH）日变化趋势以及相关性并与11月11-12日非灰霾天气做了消光系数和 MLH 的比较.结果表明,本次灰霾天气颗粒物浓度与近地面消光系数日变化较相似,基本上呈现夜间高午后低的趋势；灰霾期间MLH峰值滞后于地面温度峰值2h,MLH与PM2.5呈现负相关关系,两者相关系数为-0.57；霾天MLH远低于非灰霾天；霾期间近地面消光系数大部分时刻大于1.0km^-1,远大于非霾日0.1-0.25km^-1范围的消光系数.

关键词：灰霾微脉冲激光雷达混合层高度消光系数

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拉格朗日水汽源诊断方法在三江源区的应用

应用气象学报 2016年第6期27卷 688-697页

作者：权晨陈斌赵天良周秉荣韩永翔青海省气象科学研究所青海省防灾减灾重点实验室西宁810001 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京210044

以NCEP/NCAR每日4次的GFS（Global Forecast System）再分析资料驱动大气三维输送模式FLEXPART（Flexible Particle Model）,借助于拉格朗日水汽输送和源区识别技术,在考虑了空气块输送过程中的比湿变化基础上,诊断三江源区大气的水汽... 详细信息

以NCEP/NCAR每日4次的GFS（Global Forecast System）再分析资料驱动大气三维输送模式FLEXPART（Flexible Particle Model）,借助于拉格朗日水汽输送和源区识别技术,在考虑了空气块输送过程中的比湿变化基础上,诊断三江源区大气的水汽来源、输送途径及其空间结构特征。结果表明：夏季三江源区短时输送（6 d内）的水汽主要来自于青藏高原以及其西北侧陆地区域,而更长时间（8～10 d）的来源可追踪到阿拉伯海和孟加拉湾等远距离海洋区域;水汽输送通道主要有两支,第1支为沿着索马里海到阿拉伯海的跨赤道水汽输送,第2支为在西风控制下从中亚乃至西亚地区向三江源区的输送。定量分析亦显示：6月青藏高原西侧的水汽输送贡献最大,7月阿拉伯海成为了主要水汽来源,8月阿拉伯海水汽输送贡献减小。

关键词：三江源区水汽源区拉格朗日模拟

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近53年山东省霾季节性特征的年代际变异

生态环境学报 2014年第9期23卷 1432-1437页

作者：李恬赵天良杨晓霞王宏李长军南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心中国气象局气溶胶-云-降水重点开放实验室江苏南京210044 山东省气象台山东济南250031 中国气象科学研究院大气成分研究所北京100081 山东省气象信息中心山东济南250031

为了进一步认识山东省霾日长期变化特征,从而为政府决策和空气质量预报提供科学依据,基于山东省80 个气象站53 年（1961-2013）的观测资料分析,利用多项式及线性回归拟合、定义表示随季节和年际变化程度的变量如季节变化率、年际变化率... 详细信息

为了进一步认识山东省霾日长期变化特征,从而为政府决策和空气质量预报提供科学依据,基于山东省80 个气象站53 年（1961-2013）的观测资料分析,利用多项式及线性回归拟合、定义表示随季节和年际变化程度的变量如季节变化率、年际变化率等多种统计方法分析了近53 年来山东省霾日季节性的年际、年代际长期变化及空间分布规律,结果表明,山东上个世纪明显的冬季霾高发的典型季节性特征演变为本世纪模糊的季节差异,即霾多发时段随年际增长逐渐由冬季蔓延至秋季,夏季和春季.全省平均霾日的季节变率从60 年代的84.0%,70-80 年代的72.4%~73.6%,到90 年代跌至56.4%,而在本世纪的13 年低达42.3%,体现了山东霾日变化季节性的年代际特征,即近53 年季节差异在不断减小,霾趋于常年化发生的大气污染事件.霾日季节性的空间分布及年际变化特征还表明：近53 年山东霾日呈持续上升趋势,1990 年之前呈显著的增长趋势,1990 年之后上升缓慢,但维持霾高发的水平.霾日高发区域主要集中在济南地区,济宁-泰安-莱芜一带,枣庄-临沂一带,青岛地区和聊城西部地区,其中,高中心依次为济南的80.9 d·a^-1,临沂的78.2 d·a^-1 和青岛的69.0 d·a^-1.山东中东部的霾日年增长率整体高于西部地区,鲁中、鲁南及半岛南部地区是霾日年际增长高值区.山东省霾日年际变化趋势以夏季增长率最高,大部分地区的年际增长率都在4.5%·a^-1 以上,其次是秋季、春季霾日年际变化趋势,冬季霾日年际变化趋势普遍增长率最低,且大部分地区的变化率值为1.5%·a^-1 以上,近53 年来山东大部分地区出现了霾日模糊季节性变异.

关键词：山东省霾能见度季节变化气候趋势

青藏高原热力强迫对中国东部降水和水汽输送的调制作用

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气象学报 2015年第1期73卷 20-35页

作者：徐祥德赵天良施晓晖 LU Chungu 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 南京信息工程大学中国气象局气溶胶-云-降水重点实验室南京210044 National Science Foundation VA 22230USA

从4个方面综述了有关青藏高原大地形热力"驱动"对中国东部雨带和水汽输送特征及其年代际变化的影响作用的研究进展:(1)中国三阶梯大地形热力过程变化与季风雨带季节演进;(2)青藏高原地-气过程热力"驱动"及其季风水汽输送结构;(3)青藏高... 详细信息

从4个方面综述了有关青藏高原大地形热力"驱动"对中国东部雨带和水汽输送特征及其年代际变化的影响作用的研究进展:(1)中国三阶梯大地形热力过程变化与季风雨带季节演进;(2)青藏高原地-气过程热力"驱动"及其季风水汽输送结构;(3)青藏高原积雪冷源对中国东部水汽输送结构及其雨带分布的影响;(4)青藏高原视热源变化与雨带年代际变化相关特征及其可能调制。其主要研究结论是:(1)中国西部高原特殊三阶梯大地形结构强化了海-陆热力差异,尤其是高原大地形使地-气热力差异季节变化有由青藏高原向东北方向大地形区域延伸变化趋势,且其与季风雨带由东南沿海移向西北朝青藏高原与黄土高原边缘同步演进,两者似乎存在类似季节内演进的一种"动态的吸引"。(2)中国东部雨带时空变化特征和季风强弱变化趋势均与青藏高原热源强弱异常变化相对应。青藏高原热源异常影响低纬度海洋向陆地的水汽传输路径和强度,进而调制中国东部降水时空演变。在青藏高原热源强和弱年,中国降水变率空间分布特征分别为"北涝南旱"和"南涝北旱"。青藏高原视热源强(弱)异常变化"强信号"将对东亚与南亚区域的季风水汽输送结构,以及夏季风降水时空分布的变异具有"前兆性"的指示意义。(3)长江中下游地区作为独特南北两支水汽流的汇合带,该地区夏季青藏高原热源与水汽通量相关矢特征呈类似于青藏高原多雪与少雪年水汽通量偏差场中水汽汇合区显著特征差异,揭示了冬季青藏高原积雪冷源影响中国东部夏季长江流域梅雨水汽输送结构特征。(4)中国降水的年代际变化基本型态为中国东部呈"南涝北旱趋势",西北区域呈现出"西部转湿趋势"。但基于近10年青藏高原春季视热源出现"降后回升"趋势,中国东部"南涝北旱"的降水格局已出现转折趋势。

关键词：青藏高原降水调制作用季风雨带水汽传输视热源