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青岛市大气边界层气候特征研究

王静  
【摘要】:本文为研究青岛市大气边界层的气候特征,利用较长序列的青岛市高空探空资料,通过对风向、风速、气温、湿度的统计分析,得出青岛市大气边界层垂直气候分布特征、长期气候分布特征以及逆温特征;同时,分析了青岛风廓线雷达站与探空站测风数据的异同点。以期对今后青岛市、乃至山东省沿海地区大气边界层和大气环境污染的研究提供参考。 首先利用2004-2009年L波段高空信息化资料,从0-1500m高度每间隔50m对风向、风速、气温、湿度进行取值并做详细分析,得出青岛市大气边界层垂直气候特征:早晨和傍晚平均风向频率分布特征基本一致,早晨最多风向为偏N风,频率为11.12%,NNW风次之,频率为10.66%,早晨盛行风向随高度的变化不是特别显著,基本以N、NNW风为主,傍晚盛行风向随高度的变化比较大,400m以下偏S风较多,400m以上高度N、NNW、NW风逐渐增多;四季风速廓线基本遵循随高度升高递增的规律,早晨地面到300m以下高度、傍晚地面到200m以下高度基本符合幂指数分布规律;早晨和傍晚气温基本遵循随高度升高而降低的规律,早晨温度直减率的变化幅度均较傍晚小,早晨平均温度直减率波动幅度在0.10-0.48℃/100m之间,傍晚平均温度直减率波动幅度在0.12-0.53℃/100m之间;四季湿度随高度升高而减小,相同高度,夏季湿度最大,秋季次之,然后是春季,冬季最小,早晨和傍晚平均湿度随高度的变化率在4-1%/100m之间,傍晚的湿度低于早晨的湿度。 青岛市长期气候特征分析采用1981-2009探空资料,其中1981-2003年资料采用规定高度层(地面、300米、600米、900米)风向、风速、规定等压面(地面、1000hpa、850hpa、700hpa)气温资料,2004-2009年风温资料采用L波段高空信息化资料,取值规则与1981-2003年的取值规则相同。经过分析得出:1981-2009年,早晨地面有27年盛行偏N风,其它三个高度层均有18年盛行偏N风,傍晚地面以偏S风为主导风向的年份居多,其它高度则以NNW为主的年份较多;早晨和傍晚相同季节,各规定层的风向频率分布规律基本一致;相同时间、相同高度,年平均风速早晨明显小于傍晚,反映出较强的城市热岛环流作用,并且各个高度层风速的变化趋势基本一致,随高度增加,风速年变化幅度越小;历年早晨的气温均低于同一等压面上傍晚的气温,早晨和傍晚四季的气温基本均呈随等压面降低而减小的趋势;风速与气温四季长期分布特征与垂直分布特征具有一致性。 利用L波段2008-2009年青岛逐日08、20时温度观测资料,分析青岛低空逆温特征,可以看到:青岛市四季均有低空逆温出现,早晨和傍晚均是春季出现的频率较高,分别为20.2%、19.3%,其次是冬季,早晨夏季出现的最少,频率为14.4%,傍晚秋季出现的最少,频率为14.1%;除夏季外,春秋冬季均是早上逆温出现频率大于傍晚;接地逆温层平均厚度早晨小于傍晚,分别为247.4m、256.8m,脱地逆温层平均厚度早晨大于傍晚,分别为300.8m、288.9m;早晨和傍晚均是春季出现四级强度以上的逆温最多,分别出现96次、101次,对市区空气污染物的扩散产生不利影响;青岛市两年内污染程度重于轻微污染(包括轻微污染)的天数为65天,冬季和春季出现轻微污染以上的日数较多,分别出现30天、19天,夏季出现最少为3天。经分析表明:青岛市低空逆温特征与空气质量关系密切,研究结果对青岛市的大气污染研究工作具有一定的参考意义。 另外,通过对青岛2008、2009年风廓线雷达站与探空站测风数据的统计分析后发现:夜间风速相关系数较小均在0.3以下,早晨和傍晚在3000m以下雷达风廓线与探空风速相关性较好,相关系数R均在0.7左右,平均绝对偏差也较小;夜间和早晨均在4000m以上雷达风廓线与探空风盛行风向有着较好的一致性,均以偏W方向的风为主,傍晚两种观测方式测得的风向频率分布不具有显著的一致性特征。并且综合以上分析表明:风廓线雷达测风与探空测风风速之间在特定高度范围内存在较好的相关性,风向频率分布特征也具有较好的一致性,但是还是存在很多高度相关性不好或分布规律存在显著差异的值,原因可能是两种观测的取值时间上并未做到完全的一致,此外,由于某些天气系统的扰动,导致风廓线雷达测风风场起伏及随高度增加风数据失真等,造成测风数据资料出现差异。


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