[2018年必威体育精装版整理]2大气边界层观测基础.ppt

第二章 大气边界层观测概述 大气边界层探测特点： 大气边界层探测侧重于认识大气边界层的结构、湍流性和地气之间的相互作用。 大气边界层探测问题的核心是大气湍流问题，关键是下垫面的影响，突出特征是边界层结构的日变化，重点是物理过程和演变机制。 大气边界层受到多种复杂过程的影响，大气边界层探测仪器和方法必须适应大气边界层的固有特点。 大气边界通常是以湍流运动为特征，这种运动具有非常小的长度尺度和时间尺度，重要的标量如温度、湿度、痕量气体等都被湍流运动混合，因而也具有小尺度脉动。在大气边界层观测中我们更关心的是这些小尺度运动和湍流脉动的特性。 因此要求观测仪器有很高的精度和灵敏度!!! 大气边界层探测分类： 1.直接探测：边界层探测中的常用观测平台包括观测塔、系留气球、等容气球、无线电探空仪、观测飞机等。 2.间接探测：边界层探测的间接探测方法代表性的有微波雷达、声雷达、激光雷达和无线电声学探测系统等。 声雷达 云高仪 风廓线雷达 微波辐射计 车载移动地面气象观测系统 边界层综合观测 名称 时间 地点 观测目标 O’Neill 1953 美国内布拉斯加 土壤和地表通量、边界层垂直结构 Kansas 1968 Kansas草原 湍流观测、边界层垂直结构 FIFE 1986,1989 Kansas草原生态站 陆面过程综合观测，首次引入遥感手段 HEIFE 黑河实验 1988 1990-1992 1994 1995 中国西北黑河流域 干旱区水热交换，区域水文，生物气象，遥感 BOREAS 1993-1999 加拿大Boreal针叶林 森林生态系统陆面过程综合观测 GAME-Tibet 青藏高原实验 1979 1998-2004 2010- 青藏高原地区 高原地面水热交换、区域水文、积雪冻土、遥感 IMGRASS 1997 1998 内蒙古半干旱区草原 半干旱区草原下垫面水热交换、生物过程、区域遥感 涡旋相关测通量小塔 风温廓线仪（LAP3000) 二氧化碳水汽通量仪 (LICOR7500) 系留气艇 鲍恩比测量系统 白洋淀 坐小船去岛上观测 白洋淀试验 主要目的是研究非均匀下垫面（存在陆地和大面积的水域）的边界层结构和湍流通量特征（存在湖陆风环流），针对非均匀下垫面的湍流通量参数化，设计出可靠的方案 哈尔巴林观测试验，主要目的是了解典型季节该地区日遗化学武器销毁设施所在地的大气边界层结构和湍流扩散特征，了解当地的地形和下垫面对大气边界层气象要素的影响强度，掌握该地区的大气扩散规律，具体包括边界层风、温垂直廓线和时间演变，逆温层厚度和混合层高度，湍流结构和湍流扩散参数，以及由地形引起的局地环流和冬季下雪时的天气背景对当地边界层的影响等，为确定排气筒高度、风险评估、环境影响评价等提供基础数据 气象塔及数据控制室 湍流场观测仪器 平均场观测仪器 系留汽艇和雷达观测场地 低层大气风温廓线仪（LAP300） Bubble（Basel Urban Boundary Layer Experiment，2001年8月2002年7月）计划。主要目的是研究高度非均匀、高度复杂的城市下垫面的湍流通量的垂直分布特征，包括城市冠层之上和冠层内部的观测研究 北京325 m气象塔，15层梯度观测资料，并且在47、120和280 m架设了三层超声风速的观测，在120m和47m高度上架设了两层的Li-7500观测水汽和CO2脉动。该塔是城市边界层研究的很好的平台 南京市党校楼顶铁塔（36m） 塔上风、温梯度观测(8.5m,14.5m,28.5m) 南京综合观测试验，目的是研究城市这样高度非均匀，高度复杂的下垫面的边界层三维结构以及地-气交换过程及其参数化 南京大学浦口气象园观测点 KH20/CR-5000 H2O通量仪 LI-7500 H2O/CO2通量仪 辐射观测 LAP-3000低层大气风温廓线仪 近地层通量观测 涡 相 关 系 统 LAS 大孔径闪烁仪