基于非同步替代光谱定标的地表下垫面影响分析

对760nm附近的氧气吸收带,选用植被、枯萎植被、人工地物、沙地和雪地五种典型地表类型,基于模拟数据进行非同步替代光谱定标方法的误差分析,比较不同地表类型得到的光谱定标准确度,为高光谱成像仪的非同步替代光谱定标提供定标图像选择策略.结果表明:运用两种光谱匹配方法——光谱角度匹配和欧氏距离法得到的定标误差基本一致;730~800nm的地表反射率曲线标准差在0.05nm以内时,定标误差集中在±0.5nm范围内;人工地物类型中个别地物如橄榄绿光泽涂料和植被大面积覆盖的图像数据不适合用于非同步替代光谱定标.     

城市大气环境的大涡模拟研究进展

本文回顾城市大气污染扩散的研究实践与进展, 介绍城市大气环境流动的特点和用现代计算流体力学手段开展城市大气环境的大涡模拟研究方法, 包括: 数学模型, 控制方程、亚网格湍流模式、定解条件及其数值方法. 其中, 重点介绍中尺度到微尺度的耦合模型与适用于复杂城市下垫面(满足大涡模拟分辨率要求且计算量较小)的组合模型;并给出实际算例和结果分析, 包括准确度的统计估算和湍流特性等. 最后, 讨论城市大气环境数值模拟方法进一步改进的方向和城市大气环境流动与污染物扩散数值研究应重点关注的几个问题.     

缓变下垫面对浅水方程的动力学订正

讨论了当下垫面随时间缓慢变化时浅水方程的形式. 从控制大气运动的连续性方程和动量方程出发, 将下垫面的缓慢变化作为一个小量叠加到固有下垫面函数上, 利用大气的上下边界条件, 得到改进的浅水方程. 在改进的浅水方程中, 由缓变局部水平体积散度, 订正了局部水平体积散度和流体局部厚度变化之间的平衡, 在此基础上得到包含下垫面缓变的涡度方程.     

中尺度下垫面特征对气旋暴雨影响的数值试验

为了研 究中尺度城市对降水 的影响,本文利用一个三维数值棋式,对 下垫面 在气旋暴雨过程中的作用进行 了数值棋拟.较详细地研 究了下垫 面性质不均匀造成的边界层结 构特征和局地环流.棋式结果揭示出中尺度城市可 引起不稳定层结、风场和垂 直环流的变 化,从而影 响降水分布.     

缓变下垫面和耗散作用的非线性Rossby波

从准地转位涡方程出发,采用摄动方法和时空伸长变换推导了在缓变下垫面和耗散共同作用的Rossby代数孤立波方程,得到Rossby波振幅满足带有缓变下垫面的非齐次Benjamin-Davis-Ono-Burgers(BDOBurgers)方程的结论.指出地形效应和耗散是诱导非线性Rossby波产生的重要因素,说明了在缓变下垫面强迫效应和非线性作用相平衡的假定下,Rossby孤立波振幅的演变满足非齐次BDO-Burgers方程,给出在切变基本气流下缓变下垫面和正压流体中Rossby波的相互作用.     

模拟的对流边界层光学湍流的特征尺度分析

边界层作为地面与自由大气的过渡带对人类活动影响很大。边界层湍流结构尤其是夹卷层的湍流特征,是边界层研究的一个重要方面,这对于加深对边界层的认识以及研究边界层参数化具有十分重要的意义。由于边界层上部位置较高,难以进行精细结构观测。在室内对流水槽(150cm×150cm×60cm)中模拟了大气对流边界层的发生发展。将准直光通过模拟对流边界层得到光斑图像数据。利用改进协方差法对光斑图像进行功率谱分析,找出功率谱密度最大值所对应的频率即峰值频率,峰值频率对应的波长为涡的特征尺度。研究结果表明,在混合层,峰值波长较小,说明此处混合比较均匀,小尺度结构占主导地位。而夹卷层的峰值波长较大。夹卷层的平均峰值波长与对流Richardson数存在一定的关系,这种关系受下垫面类型以及对流状况的双重影响。     

草原下垫面湍流动量和感热相似性函数及总体输送系数的特征

地表动量和热量输送对全球气候和大气环流变化具有重要影响,Monin-ObukhoV（M-O）相似性函数是计算近地层动量和热量通量的重要手段,获得准确的总体输送系数是提高大气模式模拟能力的关键环节.本文利用锡林郭勒草原2008年春季近地层湍流通量观测资料,对M-O相似性函数进行了修订,拟合出了经验公式,并建立了10 m高度水平风速与动量总体输送系数和感热总体输送系数的关系.研究发现,修订的M-O相似性函数计算的湍流通量与涡旋相关法测量值相比,动量通量低估了10.8%,感热通量高估了6.5%Businger-Dyer通量廓线关系计算的湍流通量与涡旋相关法测量值相比,动量通量低估了37.0%,感热通量高估了16.1%.近地层大气层结不稳定时,动量总体输送系数与10 m高度水平风速满足关系C_D=0.009u^-0.322,感热总体输送系数与10 m高度水平风速满足C_H=0.184U^-1.978;近地层大气层结稳定时,总体输送系数与10 m高度水平风速符合对数规律,并随风速增大趋于中性或近中性.修订的M-O相似性函数可显著提高平均梯度观测资料计算草原下垫面湍流通量的准确性;总体输送系数与10 m高度水平风关系的建立.为描述草原下垫面湍流输送特征提供了可靠的参数化方案.     

区域沙漠对气旋暴雨过程影响的数值试验

本文利用一个中尺度三维数值模式，对下垫面气旋发展过程中的影响了进行数值模拟，初步研究了区域性下垫面特征的变化对梅雨锋气旋和暴雨的影响，其结果表明，沙漠引起的温，湿，风的变化导致一个发展成熟的江淮气旋在午后进入沙漠试验区后，气旋的移速减慢，强度增大，在试验区边界附近暴雨增强，而试验区中心附近则降水减小。     

干旱区不同下垫面能量分配机理及对微气候反馈的研究

本文利用位于美国新墨西哥州距离接近并且天气背景相同的四种下垫面(沙漠草原、稀疏灌木林、稀树草原和浓密灌木林)站点的通量观测资料, 探讨了几种典型干旱下垫面的能量分配差异, 并分析了其对微气候的反馈机理. 结果表明, 四种下垫面叶面积指数和粗糙度在由沙漠草原指向浓密灌木林的梯度方向上呈现增加的趋势, 低覆盖度下垫面表现出更强的湍流输送阻力. 总体来看, 高覆盖度下垫面的净辐射、感热和潜热相对更高, 尤其在生长季更明显. 利用Penman-Monteith公式以及净辐射结合波文比两种方法诊断了在不同下垫面更替中湍流通量各影响因子的贡献. 随着植被覆盖程度的提高, 净辐射的变化对感热和潜热的变化起着决定作用, 且为正贡献; 地表阻抗和空气动力学阻抗变化引起的贡献相反. 此外, 沙漠草原和稀疏灌木林的地表温度和气温均高于浓密灌木林, 主要源于稀疏植被增大的空气动力学阻抗和波文比引起的增温贡献, 同时抵消了净辐射减小引起的降温效应, 表明在相同气候和天气背景下, 不同下垫面的陆面过程确实会对近地层微气候有明显的反馈作用.     

非均匀下垫面上大气边界层研究进展

非均匀下垫面对大气边界层影响的研究是环境流体力学的重要课题之一。本文综述了这一领域的近期进展。