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混合层厚度的经验计算及与探空观测对比分析

马金 郑向东

马金, 郑向东. 混合层厚度的经验计算及与探空观测对比分析. 应用气象学报, 2011, 22(5): 567-576.
引用本文: 马金, 郑向东. 混合层厚度的经验计算及与探空观测对比分析. 应用气象学报, 2011, 22(5): 567-576.
Ma Jin, Zheng Xiangdong. Comparisons of boundary mixing layer depths determined by the empirical calculation and radiosonde profiles. J Appl Meteor Sci, 2011, 22(5): 567-576.
Citation: Ma Jin, Zheng Xiangdong. Comparisons of boundary mixing layer depths determined by the empirical calculation and radiosonde profiles. J Appl Meteor Sci, 2011, 22(5): 567-576.

混合层厚度的经验计算及与探空观测对比分析

资助项目: 

国家重点基础研究发展计划项目 2005CB422202

详细信息
    通信作者:

    郑向东, E-mail: zhengxd@cams.cma.gov.cn

Comparisons of Boundary Mixing Layer Depths Determined by the Empirical Calculation and Radiosonde Profiles

  • 摘要: 根据Nozaki计算混合层厚度的经验参数化方法,利用部分时段的北京、黑龙江龙凤山、浙江临安、新疆阿勒泰、海南三亚、青海西宁、云南腾冲7个站的地面常规气象观测资料,计算14:00(北京时) 的混合层厚度,并与短期的臭氧探空资料中的Vaisala RS-80气象探空仪观测资料 (位温廓线和折射系数梯度) 分别确定的混合层厚度作对比分析。结果表明:由气象探空资料位温廓线和折射系数梯度分别确定的混合层厚度一致性很好,同时用这两种方法可以较为准确地确定混合层厚度。Nozaki方法可以较好地揭示混合层厚度日变化特征;但是当混合层厚度大于2000 m时,该方法计算值偏小,而小于1000 m时稍偏大;该方法计算值在北方站点 (北京、龙凤山、阿勒泰、西宁) 偏高,南方站点 (三亚、临安、腾冲) 偏低,而且计算值在无云时误差较大,多云时误差较小。
  • 图  1  典型的气象探空资料位温曲线判断混合层厚度结果 (H1:混合层厚度)

    (a) 北京,2005年4月11日, (b) 临安,2001年3月5日

    Fig. 1  Typical potential temperature profiles to identify mixing layer depth (H1 denotes mixing layer depth)

    (a) in Beijing on 4 April 2005, (b) in Lin'an on 15 March 2001

    图  2  典型的折射系数与折射系数梯度曲线用于确定混合层厚度 (H1:混合层厚度;H2:残留层高度)

    (a) 阿勒泰,2005年5月9日, (b) 三亚,2004年4月19日

    Fig. 2  Typical refractivity profiles to identify mixing layer depth (H1 denotes mixing layer depth; H2 denotes residual layer depth) (a) in Aletai on 9 May 2005, (b) in Sanya on 19 April 2004

    图  3  气象探空数据的位温廓线法与折射系数法所确定的混合层厚度的对比

    Fig. 3  Comparison of mixing layer depths determined by potential temperature and refractivity profiles, respectively

    图  4  龙凤山等7个站点由位温廓线法、折射系数法和Nozaki方法得到的混合层厚度对比

    Fig. 4  Mixing layer depths determined by potential temperature, refractivity profiles and Nozaki method at 7 sites

    图  5  Nozaki方法与探空曲线确定混合层厚度的比较

    (a) 位温廓线法与Nozaki方法对比,(b) 折射系数法与Nozaki方法对比

    Fig. 5  Comparison of mixing layer depths determined by Nozaki method and radiosonde profiles

    (a) Nozaki method vs potential temperature profiles, (b) Nozaki method vs refractivity profiles

    图  6  7个站点云量分组与不同方法确定的混合层厚度差值的关系

    Fig. 6  Differences of mixing layer depths categorized by cloud cover of 7 sites

    表  1  龙凤山等7个站点地表覆盖状况及气象探空气球放飞时间和样本统计

    Table  1  Land-cover types, delivering time of radiosonde balloons and quantities of balloons at 7 sites

    地点 地表状况 位置 海拔/m 臭氧探空气球
    放飞时间
    总样
    本量
    剔除
    样本量
    所用
    样本量
    气球放飞
    时间
    龙凤山 森林覆盖 44°N,127°E 160 2005-04-01—05-13 21 0 21 11:00—12:00
    北京 城市郊区 39°N,116°E 34 2002-01-11—01-23
    2005-04-11—05-15
    61
    6
    1
    0
    5
    16
    14:00
    14:00
    临安 森林覆盖 30°N,119°E 98 2001-02-21—04-11
    2004-04-05—05-19
    26
    19
    0
    0
    26
    19
    14:00
    14:00
    阿勒泰 平原郊区 47°N,88°E 737 2005-04-01—05-13 22 0 22 13:00—14:00
    三亚 海滨郊区 18°N,109°E 6 2004-04-02—05-21 24 1 23 14:00
    西宁 山地郊区 36°N,101°E 2296 1995-10-16—1996-08-03
    2002-01-08—01-28
    2005-04-04—05-13
    46
    9
    22
    1
    0
    2
    45
    9
    20
    10:00左右
    13:00—14:00
    13:00—14:00
    腾冲 高原郊区 25°N,98°E 1655 2004-04-03—05-19 20 1 19 14:00
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    表  2  Nozaki方法计算值随不同混合层厚度与位温廓线法和折射系数法所确定值的差别

    Table  2  Variations of mixing layer depths between Nozaki method and measurements of radiosonde profiles

    混合层厚
    度范围/m
    Nozaki方法与位温
    廓线法差值/m
    Nozaki方法与折射
    系数法差值/m
    0~1000 443 553
    1000~2000 -65 -108
    2000~3000 -886 -931
    3000以上* -1449 -1201
    注:*由于3000 m以上厚度的混合层样本数比较少,所以3000 m以上混合层厚度归为一类。
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    表  3  不同方法所确定的龙凤山等7个站点混合层厚度平均值及相对误差

    Table  3  Mean and relative error of mixing layer depths determined by 3 methods at 7 sites

    地点 位温廓线法/m 折射系数法/m Nozaki方法/m Nozaki方法与位温
    廓线法相对误差
    Nozaki方法与折射
    系数法相对误差
    龙凤山 1125 1091 1266 0.13±0.53 0.33±0.78
    北京 1536 1450 1403 0.11±0.56 0.23±0.74
    临安 1597 1489 963 -0.26±0.51 -0.17±0.57
    阿勒泰 1136 1013 1790 0.82±0.86 0.99±0.89
    三亚 968 967 1091 0.29±0.57 0.30±0.54
    西宁 586 593 1422 2.27±2.07 2.19±1.98
    西宁 1798 1660 1927 0.31±0.74 1.02±3.11
    腾冲 1130 1172 1184 0.37±0.81 0.52±1.24
    注:① 为2002年1月的数据,② 为2005年4—5月的数据。
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出版历程
  • 收稿日期:  2010-11-24
  • 修回日期:  2011-06-03
  • 刊出日期:  2011-10-31

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