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探测侧重于认识大气边界层的结构、湍流大气边界层的结构、湍流性和地气之间的相互作用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大气边界层探测分类：1.直接探测：直接探测：边界层探测中的常用观测平台包括观测塔、系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。留气球、等容气球、无线电探空仪、观测飞机等。2.间接探测：间接探测：边界层探测的间接探测方法代表性的有微波雷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。达、声雷达、激光雷达和无线电声学探测系统等。声雷达声雷达云高仪云高仪风廓线雷达风廓线雷达微波辐射计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名称时间时间地点地点观测观测目目标标ONeill1953美国内布拉斯加土壤和地表通量、边界层垂直结构Kansas1968Kansas草原湍流观测、边界层垂直结构FIFE1986,1989Kansas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 1990-199219941995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BOREAS1993-1999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19791998-20042010-青藏高原地区高原地面水热交换、区域水文、积雪冻土、遥感IMGRASS19971998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白洋淀试验主要目的是研究非均主要目的是研究非均匀下垫面（存在陆地匀下垫面（存在陆地和大面积的水域）的和大面积的水域）的边界层结构和湍流通边界层结构和湍流通量特征（存在湖陆风量特征（存在湖陆风环流），针对非均匀环流），针对非均匀下垫面的湍流通量参下垫面的湍流通量参数化，设计出可靠的数化，设计出可靠的方案方案哈尔巴林观测试验哈尔巴林观测试验，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气象塔及数据控制室 湍流场观测仪器湍流场观测仪器 平均场观测仪器平均场观测仪器 系留汽艇和雷达观测场地系留汽艇和雷达观测场地 低层大气风温廓线仪（低层大气风温廓线仪（LAP300LAP300）Bubble（Basel Urban Boundary Layer Experiment，2001年年8月月&2002年年7月）月）计划。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分布特征，包括城市冠层之上和冠层内部的观测研究，包括城市冠层之上和冠层内部的观测研究北京北京325 m气象塔，气象塔，15层梯度观测资料，并且在层梯度观测资料，并且在47、120和和280 m架设了三层超声风速的观测，在架设了三层超声风速的观测，在120m和和47m高度上架设了两层高度上架设了两层的的Li-7500观测水汽和观测水汽和CO2脉动。该塔是城市边界层研究的很好脉动。该塔是城市边界层研究的很好的平台的平台南京市党校楼顶铁塔（南京市党校楼顶铁塔（36m36m）塔上风、温梯度观测塔上风、温梯度观测(8.5m,14.5m,28.5m)(8.5m,14.5m,28.5m)南京综合观测试验，南京综合观测试验，目的是研究城市这样高目的是研究城市这样高度非均匀，高度复杂的下垫面的度非均匀，高度复杂的下垫面的边界层三维结构边界层三维结构以及以及地地-气交换过程及其参数化气交换过程及其参数化南京大学浦口气象园观测点南京大学浦口气象园观测点KH20/CR-5000 H2O通量仪通量仪LI-7500 H2O/CO2通量仪通量仪辐射观测辐射观测LAP-3000LAP-3000低层大气风温廓线仪低层大气风温廓线仪近地层通量观测近地层通量观测涡相关系统LAS大孔径闪烁仪
