留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

探空观测的边界层高度时空变化特征

梁智豪 王东海 梁钊明

梁智豪, 王东海, 梁钊明. 探空观测的边界层高度时空变化特征. 应用气象学报, 2020, 31(4): 447-459. DOI: 10.11898/1001-7313.20200407..
引用本文: 梁智豪, 王东海, 梁钊明. 探空观测的边界层高度时空变化特征. 应用气象学报, 2020, 31(4): 447-459. DOI: 10.11898/1001-7313.20200407.
Liang Zhihao, Wang Donghai, Liang Zhaoming. Spatio-temporal characteristics of boundary layer height derived from soundings. J Appl Meteor Sci, 2020, 31(4): 447-459. DOI:  10.11898/1001-7313.20200407.
Citation: Liang Zhihao, Wang Donghai, Liang Zhaoming. Spatio-temporal characteristics of boundary layer height derived from soundings. J Appl Meteor Sci, 2020, 31(4): 447-459. DOI:  10.11898/1001-7313.20200407.

探空观测的边界层高度时空变化特征

DOI: 10.11898/1001-7313.20200407
资助项目: 

广东省科技计划 20170244

国家自然科学基金项目 41705026

国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目 41861164027

广东省科技计划 2017B020218003

国家自然科学基金项目 41775097

详细信息
    通信作者:

    王东海, wangdh7@mail.sysu.edu.cn

Spatio-temporal Characteristics of Boundary Layer Height Derived from Soundings

  • 摘要: 基于2010—2018年我国119个站点L波段探空秒级资料,通过对位温廓线法所得边界层高度进行Kmeans聚类,将我国分为青藏地区、西北地区、中部地区和东部地区4个分区,分析我国边界层高度及边界层状态(对流、中性和稳定边界层)发生频率的变化特征。结果表明:2010—2018年08:00我国年平均边界层高度均为200~600 m,以稳定边界层为主,20:00年平均边界层高度从青藏地区、西北地区、中部地区到东部地区逐渐减小,其中青藏地区和西北地区全年以对流和中性边界层状态为主,中部地区和东部地区以中性边界层为主;4个分区的月平均边界层高度在08:00逐月变化不明显,且各分区间差异不大,而4个分区20:00月平均边界层高度随时间呈单峰结构,最大值出现在春夏季,最小值出现在秋冬季,从青藏地区、西北地区、中部地区到东部地区变化幅度逐渐减小;青藏地区、西北地区和中部地区的边界层高度日变化幅度春夏季大、秋冬季小,而东部地区边界层高度日变化在不同季节特征相近。
  • 图  1  2010—2018年我国月平均边界层高度聚类结果空间分布

    (带圈站点为青藏地区、西北地区、中部地区和东部地区挑选的代表站点)

    Fig. 1  The spatial distribution of cluster result of monthly average boundary layer height in China from 2010 to 2018

    (circled stations are representative stations of Qinghai-Tibet region, northwest region, central region and eastern region)

    图  2  2010—2018年青藏地区、西北地区、中部地区和东部地区边界层高度分布

    (虚线表示平均值)

    Fig. 2  The distribution of boundary layer heights of Qinghai-Tibet region, northwest region, central region and eastern region from 2010 to 2018

    (the dashed line denotes the average)

    图  3  2010—2018年青藏地区、西北地区、中部地区和东部地区不同边界层状态(对流、中性和稳定)平均发生频率

    (线段表示2010—2018年平均发生频率的最大值和最小值)

    Fig. 3  The average frequency of different boundary layer states(convective, neutral and stable) in Qinghai-Tibet region, northwest region, central region and eastern region from 2010 to 2018

    (the segment denotes the maximum and minimum frequency)

    图  4  2010—2018年青藏地区、西北地区、中部地区和东部地区平均边界层高度逐月变化

    Fig. 4  Annual variation of average boundary layer height in Qinghai-Tibet region, northwest region, central region and eastern region from 2010 to 2018

    图  5  2010—2018年不同边界层状态(对流、中性和稳定)平均发生频率逐月变化(a)08:00青藏地区,(b)08:00西北地区,(c)08:00中部地区,(d)08:00东部地区,(e)20:00青藏地区,(f)20:00西北地区,(g)20:00中部地区,(h)20:00东部地区

    Fig. 5  Annual variation of different boundary layer states (convective, stable and neutral) average frequencies from 2010 to 2018 (a)Qinghai-Tibet region at 0800 BT, (b)northwest region at 0800 BT, (c)central region at 0800 BT, (d)eastern region at 0800 BT, (e)Qinghai-Tibet region at 2000 BT, (f)northwest region at 2000 BT, (g)central region at 2000 BT, (h)eastern region at 2000 BT

    图  6  L波段探空17个加密探测站点资料和ERA5再分析资料边界层高度日变化

    Fig. 6  Diurnal variation of boundary layer height derived from 17 L-band sounding stations and corresponding ERA5 reanalysis data

    图  7  基于ERA5再分析资料的青藏地区、西北地区、中部地区和东部地区不同季节边界层高度日变化

    Fig. 7  Diurnal variation of boundary layer height in different seasons of four regions derived from ERA5 reanalysis data in Qinghai-Tibet region, northwest region, central region and eastern region

    图  8  2010—2018年20:00青藏地区、西北地区、中部地区和东部地区各种边界层状态(对流、中性和稳定)的平均边界层高度逐月变化(虚线表示平均值)

    Fig. 8  The annual variation of average boundary layer height in different boundary layer states(convective, neutral and stable) in Qinghai-Tibet region, northwest region, central region and eastern region at 2000 BT from 2010 to 2018(the dashed line denotes the average)

    图  9  不同分区对流、中性和稳定边界层状态的边界层高度分布

    (虚线表示平均值)

    Fig. 9  The distribution of boundary layer height in three boundary layer states in different regions

    (the dashed line denotes the average)

  • [1] Stull R B.边界层气象学导论.北京:气象出版社, 1991:1-21.
    [2] 赵鸣, 苗曼倩.边界层气象学教程.北京:气象出版社, 1991:17-33.
    [3] 刘绕, 李煜斌, 高志球.稻麦轮作农田区大气边界层高度的日变化和季节特征.气象科技, 2017, 45(3):526-534. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qxkj201703018
    [4] 肖贤俊, 刘还珠, 宋振鑫, 等.2002年3月19日沙尘暴爆发条件分析.应用气象学报, 2004, 15(1):1-9. http://qikan.camscma.cn/jamsweb/article/id/20040101
    [5] 张强, 王胜.论特强沙尘暴(黑风)的物理特征及其气候效应.中国沙漠, 2005, 25(5):675-681. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-ZGSS200505009.htm
    [6] 何立富, 李峰, 李泽椿.华北平原一次持续性大雾过程的动力和热力特征.应用气象学报, 2006, 17(2):160-168. http://qikan.camscma.cn/jamsweb/article/id/20060228
    [7] 吴庆梅, 刘卓, 王国荣, 等.一次华北暴雨过程中边界层东风活动及作用.应用气象学报, 2015, 26(2):160-172. doi:  10.11898/1001-7313.20150204
    [8] 林宝亭, 陆秋霖, 林确略, 等.一次玉林地区漏报的强双雨带影响的过程分析.气象, 2020, 46(3):313-324. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qx202003003
    [9] 贾梦唯, 赵天良, 张祥志, 等.南京主要大气污染物季节变化及相关气象分析.中国环境科学, 2016, 36(9):2567-2577. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zghjkx201609002
    [10] 张雅斌, 林琳, 吴其重, 等."13·12"西安重污染气象条件及影响因素.应用气象学报, 2016, 27(1):35-46. doi:  10.11898/1001-7313.20160104
    [11] 贾小芳, 颜鹏, 孟昭阳, 等.2016年11-12月北京及周边重污染过程特征.应用气象学报, 2019, 30(3):302-315. doi:  10.11898/1001-7313.20190305
    [12] 胡非, 洪钟祥, 雷孝恩.大气边界层和大气环境研究进展.大气科学, 2003, 27(4):712-728. doi:  10.3878/j.issn.1006-9895.2003.04.18
    [13] Deardorff J W.Parameterization of the planetary boundary layer for use in general circulation models.Mon Wea Rev, 1972, 14(2):215-226. doi:  10.1175/1520-0493%281972%29100%3C0093%3APOTPBL%3E2.3.CO%3B2
    [14] Arakawa A, Schubert W H.Interaction of a cumulus cloud ensemble with the large-scale environment, Part Ⅰ.J Atmos Sci, 1974, 31(3):674-701. doi:  10.1175/1520-0469(1974)031<0674:IOACCE>2.0.CO;2
    [15] Suarez M J, Arakawa A, Randall D A.The parameterization of the planetary boundary layer in the UCLA general circulation model:Formulation and results.Mon Wea Rev, 1983, 111(11):2224-2243. doi:  10.1175/1520-0493(1983)111<2224:TPOTPB>2.0.CO;2
    [16] Holtslag A A M, Nieuwstadt F T M.Scaling the atmospheric boundary layer.Bound-Layer Meteor, 1986, 36(1/2):201-209. http://d.old.wanfangdata.com.cn/OAPaper/oai_doaj-articles_5fca4c78b0884865cf69e24721e28632
    [17] 程水源, 张宝宁, 白天雄, 等.北京地区大气混合层高度的研究及气象特征.环境科学丛刊, 1992(4):46-52. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFD1992-HJJZ199204006.htm
    [18] Seibert P, Beyrich F, Gryning S E, et al.Review and intercomparison of operational methods for the determination of the mixing height.Atmos Environ, 2000, 34(7):1001-1027. doi:  10.1016/S1352-2310(99)00349-0
    [19] Lin J T, Youn D, Liang X Z, et al.Global model simulation of summertime U.S.ozone diurnal cycle and its sensitivity to PBL mixing, spatial resolution, and emissions.Atmos Environ, 2008, 42(36):8470-8483. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=85f5973000733ba66c4b0924264eb7be
    [20] Konor C S, Boezio G C, Mechoso C R, et al.Parameterization of PBL processes in an atmospheric general circulation model:Description and preliminary Assessment.Mon Wea Rev, 2009, 137(3):1061-1082. doi:  10.1175/2008MWR2464.1
    [21] 杨富燕.大气边界层高度的地基遥感探测和数值模拟.南京: 南京大学, 2015. http://d.wanfangdata.com.cn/Thesis/Y2951053
    [22] Garratt J R, Dessler A J, Houghton J T, et al.The Atmospheric Boundary Layer.Cambridge:Cambridge University Press, 1992.
    [23] 乔娟.西北干旱区大气边界层时空变化特征及形成机理研究.北京:中国气象科学研究院, 2009.
    [24] 张强, 王胜.西北干旱区夏季大气边界层结构及其陆面过程特征.气象学报, 2008, 66(4):599-608. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qxxb200804013
    [25] 杨飞跃.半干旱区边界层高度的确定方法比较及特征研究.兰州: 兰州大学, 2018. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10730-1018979634.htm
    [26] 徐桂荣, 崔春光, 周志敏, 等.利用探空资料估算青藏高原及下游地区大气边界层高度.暴雨灾害, 2014, 33(3):217-227. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hbqx201403004
    [27] 涂静, 张苏平, 程相坤, 等.黄东海大气边界层高度时空变化特征.中国海洋大学学报(自然科学版), 2012, 42(4):7-18. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qdhydxxb201204002
    [28] Liu S, Liang X Z.Observed diurnal cycle climatology of planetary boundary layer height.J Climate, 2010, 23(21):5790-5809. doi:  10.1175/2010JCLI3552.1
    [29] 姚雯, 马颖, 徐文静.L波段电子探空仪相对湿度误差研究及其应用.应用气象学报, 2008, 19(3):356-361. doi:  10.3969/j.issn.1001-7313.2008.03.012
    [30] 马颖, 姚雯, 黄炳勋.59型与L波段探空仪温度和位势高度记录对比.应用气象学报, 2010, 21(2):214-220. doi:  10.3969/j.issn.1001-7313.2010.02.011
    [31] 奉超.L波段雷达标定及误差分析.气象研究与应用, 2008, 28(3):4-5. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gxqx2007z3003
    [32] 姚雯, 马颖, 高丽娜.L波段与59-701探空系统相对湿度对比分析.应用气象学报, 2017, 28(2):218-226. doi:  10.11898/1001-7313.20170209
    [33] 李芳芳, 陈起英, 吴泓锟.基于秒级探空资料的中国地区浮力频率分布.应用气象学报, 2019, 30(5):629-640. doi:  10.11898/1001-7313.20190511
    [34] Anil K J.Data clustering:50 years beyond K-means.Pattern Recognition Letters, 2010, 31(8):651-666. doi:  10.1016/j.patrec.2009.09.011
    [35] 吴夙慧, 成颖, 郑彦宁, 等.K-means算法研究综述.数据分析与知识发现, 2011, 27(5):28-35. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dzsjgc201207008
  • 加载中
图(9)
计量
  • 摘要浏览量:  3177
  • HTML全文浏览量:  2031
  • PDF下载量:  262
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-12-22
  • 修回日期:  2020-04-13
  • 刊出日期:  2020-07-31

目录

    /

    返回文章
    返回