邊界層氣象學(xué)課件：09邊界層觀測實驗數(shù)值模擬

1、第九章 邊界層觀測實驗及數(shù)值模擬,一、觀測以珠江三角洲（PRD）邊界層觀測為例 二、數(shù)值模擬以城市邊界層模擬為例 三、邊界層觀測儀器,一、觀測,以珠江三角洲（PRD）邊界層觀測為例,區(qū)域大氣復(fù)合污染的立體觀測及污染過程,矩形：,垂直：,斷面：,16 個地面常規(guī)站 2 個超級站: 廣州市區(qū)、新墾(空氣質(zhì)量和邊界層) 航測 2004年9月2511月5日,PRD2004年10月 加強觀測,大氣邊界層探測,地面站 風(fēng)、溫、濕、輻射 探空 風(fēng)、溫,清遠,番禺,新墾,10-12,10-11,10-10,10-9,10日起， 珠江三角洲地區(qū)受到持續(xù)副熱帶高壓控制，產(chǎn)生下沉氣流和靜小風(fēng)天氣，造成空氣污染物濃度

2、的顯著升高。,臺風(fēng)馬鞍9日橫過本州東南部，10日清晨減弱為一強烈熱帶風(fēng)暴，繼而變成一溫帶氣旋,觀測期間天氣和地面氣象條件,10,11 SURFACE WIND AND T,10/02,11/20,11/14,10/20,12 SURFACE WIND AND T,12/02,12/20,2004年10月1- 31日廣州API指數(shù) 日期 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 指數(shù) 92 58 36 54 60 64 77 83 83 104 115 100 108 115 105 日期 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

3、 29 30 31 指數(shù) 100 100 85 89 91 73 69 91 92 87 75 82 94 100 104 100,10月珠三角空氣污染指數(shù),二站比較：邊界層厚度,10,10日 TIME-H WIND，Xinken,09,12,11,10,09,11,10,12,09-12 POT.TEMP PROFILES,14,強風(fēng)（暖或冷氣流強）使珠江三角洲地區(qū)空氣質(zhì)量改善,15,靜小風(fēng)（冷暖氣流強度相當(dāng)）和逆溫層導(dǎo)致珠江三角洲地區(qū)空氣質(zhì)量變差,16,大范圍強下沉氣流導(dǎo)致珠江三角洲地區(qū)空氣質(zhì)量變差,17,影響珠江三角洲地區(qū)的局地環(huán)流示意圖,幾個問題,珠三角邊界層偏穩(wěn)定,不利于擴散 夜間，

4、上下層風(fēng)向相反; 海風(fēng)入侵陸地的深度 城市群粗糙度，熱島對邊界層特征的影響 大氣污染和邊界層的相互影響 邊界層概念模型的驗證,二、城市邊界層的物理和數(shù)值模擬,香港城市邊界層個例模擬,MM5使用四重嵌套網(wǎng)格，格距分別為27，9，3，1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，并每半小時輸入一次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,模式在香港地區(qū)復(fù)雜地形下的應(yīng)用,個例天氣背景,選取2000年3月2829日為例做個例分析，這兩天空氣污染十分嚴(yán)重，污染指數(shù)在各

5、個監(jiān)測站都超過了100， 3月28日天氣形式為整個東南沿海受弱高壓控制，陽光充沛、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)改吹偏東強風(fēng)，晚間風(fēng)勢轉(zhuǎn)趨緩和，天色轉(zhuǎn)為多云，污染逐漸消散。因天氣形勢穩(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谖廴疚飻U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蛣恿l件影響的結(jié)果，對此次污染天氣過程的邊界層條件做模擬分析。,風(fēng)速,風(fēng)向,溫度,28日08時10米高水平風(fēng)場、水平溫度場模擬圖及地面觀測站觀測值水平分布,經(jīng)過九龍半島的香港地區(qū)南北剖面的位溫分布圖,Y/km,28日12時經(jīng)過九龍半島X=40km

6、處南北剖面湍流動能(m2/s2)垂直分布圖,街谷/小區(qū)尺度城市風(fēng)環(huán)境的物理(風(fēng)洞和水槽)及數(shù)值模擬,北京大學(xué)拖曳式水槽,拖動水槽中，街谷地面加熱引起的速度場分布；其中H/D=0.83，T=5.8。, 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CBD地區(qū)放進風(fēng)洞里,風(fēng)洞實驗段CBD模型（南風(fēng)）,單個高樓（引自姜瑜君等）,西北風(fēng) 5.4 m/s,一些問題,非均勻性 城市的觀測網(wǎng)(包括人類活動) 模式顯示描述城市下墊面 衛(wèi)星遙感模式結(jié)果與實際觀測的對比 全球城市對氣候的影響,43,ABL Observational Platforms,Tower Aircraft B

7、alloon Kite Ship Satellite Car Etc.,44,Remote Sensing,Emeis 2010, Surface-Based Remote Sensing of the Atmospheric Boundary Layer,45,BL wind profiler,46,47,SODAR,48,49,LLJ,50,RASS,51,52,LIDAR, Macau,visibility sensor,Laser beam,53,54,Doppler wind LIDAR,55,Scintillometer,Similarity laws for the atmospheric boundary layer may be used to determine the near-surface turbulent fluxes of sensible (H) as well as latent heat (LE) from surface-layer turbulence measurements with scintillometers.,56,EC system,The search for Big Eddie, Utah，2005 （McNaughton et al. 2006 ）,C