《邊界層氣象學(xué)》課件：09邊界層觀測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)值模擬

1、第九章第九章 邊界層觀測(cè)實(shí)驗(yàn)及數(shù)邊界層觀測(cè)實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬值模擬一、觀測(cè)以珠江三角洲（一、觀測(cè)以珠江三角洲（PRD）邊界層觀測(cè)為例）邊界層觀測(cè)為例二、數(shù)值模擬以城市邊界層模擬為例二、數(shù)值模擬以城市邊界層模擬為例三、邊界層觀測(cè)儀器三、邊界層觀測(cè)儀器一、觀測(cè)一、觀測(cè)q 以珠江三角洲（以珠江三角洲（PRD）邊界層觀測(cè)為例）邊界層觀測(cè)為例LegendRegionalUrbanq SupersiteTotal: 16 sitesLegendRegionalUrbanq SupersiteTotal: 16 sites區(qū)域大氣復(fù)合污染的區(qū)域大氣復(fù)合污染的立體觀測(cè)及污染過程立體觀測(cè)及污染過程 矩形：矩形：垂直

2、：垂直：斷面：斷面：1. 16 個(gè)地面常規(guī)站個(gè)地面常規(guī)站2. 2 個(gè)超級(jí)站個(gè)超級(jí)站: 廣州市區(qū)、新墾廣州市區(qū)、新墾(空氣質(zhì)空氣質(zhì)量和邊界層量和邊界層)3. 航測(cè)航測(cè)4. 2004年年9月月2511月月5日日PRD2004PRD2004年年1010月月 加強(qiáng)觀測(cè)加強(qiáng)觀測(cè)大氣邊界層探測(cè)大氣邊界層探測(cè)q地面站地面站風(fēng)、溫、濕、輻射風(fēng)、溫、濕、輻射 q探空探空 風(fēng)、溫風(fēng)、溫清遠(yuǎn)清遠(yuǎn)番禺番禺新墾新墾 10-12 10-11 10-10 10-91010日起，日起， 珠江三角洲地區(qū)受到持續(xù)副熱帶高壓控制，產(chǎn)生下沉珠江三角洲地區(qū)受到持續(xù)副熱帶高壓控制，產(chǎn)生下沉氣流和靜小風(fēng)天氣，造成空氣污染物濃度的顯著升高。

3、氣流和靜小風(fēng)天氣，造成空氣污染物濃度的顯著升高。臺(tái)風(fēng)臺(tái)風(fēng)馬鞍馬鞍9 9日日橫過本州東南部，橫過本州東南部，1010日日清晨減弱為一強(qiáng)烈熱帶風(fēng)暴，清晨減弱為一強(qiáng)烈熱帶風(fēng)暴，繼而變成一溫帶氣旋繼而變成一溫帶氣旋觀測(cè)期間天氣和地面氣象條件觀測(cè)期間天氣和地面氣象條件10,11 SURFACE WIND AND T10/0211/2011/1410/2012 SURFACE WIND AND T12/0212/20 20042004年年1010月月1- 311- 31日廣州日廣州APIAPI指數(shù)指數(shù) 日期日期 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 指數(shù)指數(shù) 92 58

4、36 54 60 64 77 83 83 104 115 100 108 115 105 日期日期 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 指數(shù)指數(shù) 100 100 85 89 91 73 69 91 92 87 75 82 94 100 104 1001010月珠三角空氣污染指數(shù)月珠三角空氣污染指數(shù)二站比較：邊界層厚度二站比較：邊界層厚度10091211100911101214強(qiáng)風(fēng)（暖或冷氣流強(qiáng)）使珠江三角洲地區(qū)空氣質(zhì)量改善強(qiáng)風(fēng)（暖或冷氣流強(qiáng)）使珠江三角洲地區(qū)空氣質(zhì)量改善15靜小風(fēng)（冷暖氣流強(qiáng)度相當(dāng)）和逆溫層導(dǎo)致珠江靜小風(fēng)（冷暖氣流強(qiáng)度

5、相當(dāng)）和逆溫層導(dǎo)致珠江三角洲地區(qū)空氣質(zhì)量變差三角洲地區(qū)空氣質(zhì)量變差16大范圍強(qiáng)下沉氣流導(dǎo)致珠江三角洲地區(qū)空氣質(zhì)大范圍強(qiáng)下沉氣流導(dǎo)致珠江三角洲地區(qū)空氣質(zhì)量變差量變差17影響珠江三角洲地區(qū)的局地環(huán)流示意圖影響珠江三角洲地區(qū)的局地環(huán)流示意圖幾個(gè)問題幾個(gè)問題珠三角邊界層偏穩(wěn)定珠三角邊界層偏穩(wěn)定,不利于擴(kuò)散不利于擴(kuò)散夜間，上下層風(fēng)向相反夜間，上下層風(fēng)向相反;海風(fēng)入侵陸地的深度海風(fēng)入侵陸地的深度城市群粗糙度，熱島對(duì)邊界層特征的影響城市群粗糙度，熱島對(duì)邊界層特征的影響大氣污染和邊界層的相互影響大氣污染和邊界層的相互影響邊界層概念模型的驗(yàn)證邊界層概念模型的驗(yàn)證lMM5使用四重嵌套網(wǎng)格，格距分別為27，9，3，

6、1公里，然后將1公里格距的模擬結(jié)果插值到城市邊界層模式中作初始場(chǎng)，并每半小時(shí)輸入一次MM5的結(jié)果作為側(cè)邊條件，網(wǎng)格距500米，模擬區(qū)域30KM30KM, 垂直方向分成不等距的20層，地表類型分為裸土、植被、林地、水域和建筑物五類。 引自佟華等l 選取2000年3月2829日為例做個(gè)例分析，這兩天空氣污染十分嚴(yán)重，污染指數(shù)在各個(gè)監(jiān)測(cè)站都超過了100， 3月28日天氣形式為整個(gè)東南沿海受弱高壓控制，陽(yáng)光充沛、天氣溫暖且吹微風(fēng)，污染程度不斷加重。3月29日上午，華南地區(qū)改吹偏東強(qiáng)風(fēng)，晚間風(fēng)勢(shì)轉(zhuǎn)趨緩和，天色轉(zhuǎn)為多云，污染逐漸消散。因天氣形勢(shì)穩(wěn)定且風(fēng)速很小，此次嚴(yán)重污染過程主要是由于當(dāng)?shù)氐奈廴驹丛诓焕?/p>

7、污染物擴(kuò)散的天氣背景下形成的，而這幾日的邊界層結(jié)構(gòu)為在弱的天氣背景下當(dāng)?shù)氐臒崃蛣?dòng)力條件影響的結(jié)果，對(duì)此次污染天氣過程的邊界層條件做模擬分析。01234567147101316192214710131619221471013161922hourWS(m/s)050100150200250300350400147101316192214710131619221471013161922hourWD05101520253035147101316192214710131619221471013161922hourC328329330a流浮山風(fēng)速風(fēng)速風(fēng)向風(fēng)向溫度溫度X/kmY /km28日08時(shí)10米高

8、水平風(fēng)場(chǎng)、水平溫度場(chǎng)模擬圖及地面觀測(cè)站觀測(cè)值水平分布 經(jīng)過九龍半島的香港地區(qū)南北剖面的位溫分布圖 Y/km28日12時(shí)經(jīng)過九龍半島X=40km處南北剖面湍流動(dòng)能(m2/s2)垂直分布圖 北京大學(xué)拖曳式水槽北京大學(xué)拖曳式水槽 5 mm/sec北京大學(xué)風(fēng)洞，風(fēng)洞中形成大氣邊界層的尖塔和粗糙元北京北京CBD地區(qū)放進(jìn)風(fēng)洞里地區(qū)放進(jìn)風(fēng)洞里西北風(fēng) 5.4 m/sl非均勻性非均勻性l城市的觀測(cè)網(wǎng)城市的觀測(cè)網(wǎng)(包括人類活動(dòng)包括人類活動(dòng))l模式顯示描述城市下墊面模式顯示描述城市下墊面l衛(wèi)星遙感衛(wèi)星遙感模式結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)的對(duì)比模式結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)的對(duì)比l全球城市對(duì)氣候的影響全球城市對(duì)氣候的影響43 Tower Ai

9、rcraft Balloon Kite Ship Satellite Car Etc.44Emeis 2010, Surface-Based Remote Sensing of the AtmosphericBoundary Layer4546474849LLJ505152visibility sensorLaser beam535455Similarity laws for the atmospheric boundary layer may be used to determinethe near-surface turbulent fluxes of sensible (H) as well as latent heat (LE) fromsurface-layer turbulence measurements