一、Study on Clouds and Marine Atmospheric Boundary Layer(论文文献综述)
董议文,张蕴斐,张戈,韩博,李响,易侃[1](2021)在《不同边界层高度诊断方法对海洋大气边界层高度诊断的适用性研究》文中研究说明利用南海北部2019年6—7月的船载GPS秒级探空数据,对比研究了5种不同的边界层高度诊断算法在计算海洋大气边界层高度方面的适用性,并利用该数据分析了南海北部海气边界层高度的日变化特征。结果表明:相对湿度梯度法和比湿梯度法诊断的边界层高度普遍偏高,且存在较大的不确定性,气块法、位温梯度法和理查森数法诊断的边界层高度较为合理,且理查森数法诊断结果不确定性最小;南海北部6—7月的平均边界层高度在500~700 m,边界层高度日变化平均约为278 m,总体变化趋势为先升高后降低,每日14时达到最大值。边界层高度的日变化主要受太阳辐射的影响,其变化趋势与海表温度及气温的变化趋势一致;同时,南海季风带来的大量暖湿气流及海洋的特殊环境的原因,海气温差较小,导致海上湍流活动受到抑制,平均边界层高度相对较低,边界层高度日变化较小。
丁菊丽,梁志超,费建芳,吕庆平,赵小峰[2](2021)在《一次黑潮海洋锋强迫下的蒸发波导突变性与非均匀性的观测与模拟研究》文中研究表明蒸发波导是影响海上雷达系统探测性能的主导机制,海表温度(SST)锋带来的蒸发波导非均匀性和突变性具有重要的研究价值。2018年春季航次"海气相互作用观测试验",曾两次穿越黑潮海域获取了珍贵的观测资料。在此基础上,结合欧洲中期天气预报中心(ECMWF)再分析资料(ERA-Interim)和HYSPLIT(Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectories)气块轨迹溯源,分离出两个重要的走航观测时段。S1段(持续约21 h)气流从暖海水区吹向冷海水区,以稳定层结为主,其间因黑潮海洋锋的存在,气流由黑潮主体的暖水区吹向大陆冷海区时,形成具有强逆温层的海洋边界层,并伴随海雾的生成,导致此处蒸发波导高度突降为0。此后为持续近66 h的S2段,气流由冷海水区吹向暖海水区,以近中性弱不稳定层结为主,蒸发波导高度基本维持在12 m高度。数值模拟结果表明,模拟时段内的黑潮海洋锋区,蒸发波导高度突变性和非均匀性始终存在,且伴随暖海水吹向冷海水的锋区突变性更强。黑潮海洋锋对蒸发波导的这种天气尺度强迫作用的加强与层结稳定度的突变和海雾的生成有关。
梁志超,丁菊丽,费建芳,程小平,黄小刚[3](2022)在《气溶胶直接和间接效应对台风眼墙和外雨带的影响及其分离贡献》文中研究说明台风临近大陆的过程中,人为气溶胶的渗透位置、眼墙和外围雨带对流发展的竞争关系以及气溶胶直接、间接效应的分离贡献,使对流增强区域和台风强度变化具有不确定性.本文选取0920号台风"卢碧"作为研究个例,利用WRF-Chem模式,通过改变气溶胶初始和边界条件,设计CTL(考虑临近大陆人为气溶胶的卷入及其直接和间接效应,代表污染大气环境)和CLEAN试验(以海盐气溶胶为主,代表清洁海洋大气环境),对比分析考虑真实气溶胶效应对台风强度和降水模拟的影响;并在此基础上增加CTLARIOFF试验(同CTL,但关闭直接效应),进一步讨论并分离ARI(气溶胶-辐射相互作用的直接效应)和ACI(气溶胶-云相互作用的间接效应)的贡献.结果表明:人为气溶胶在台风外围雨带和眼墙均有渗透,考虑真实气溶胶效应后的CTL试验可以整体减弱台风的强度并与观测更为接近. ARI对台风强度、眼墙及外雨带对流和降水变化的影响相对ACI是占主导的,且两者的作用正好相反. ACI主要增强了眼墙中上部冰相水成物的生成,释放更多的冻结潜热促进眼墙对流的增强.眼墙上部更多的冰相水成物在下落过程中发生融化,加速了雨滴对云滴的碰并收集(Pcacr),促进了眼墙混合云降水过程, ACI的动力反馈使低层入流增强、高层出流增强,眼墙强对流得以维持,因此台风强度增强.而ARI的作用正好相反, ARI效应通过吸收性气溶胶,加热了台风远外围1~2km高度处的低层大气,加热后的大气在径向入流过程中,首先经过台风外围雨带,因低层增温有利于对流发展,引起外雨带对流增强,阻止了暖湿气流向眼墙的输送,使得眼墙对流和台风强度减弱.在台风临近大陆的污染环境中, ARI相对ACI占主导,且利用WRF-Chem模式完整考虑气溶胶-辐射-云相互作用,可以改进台风强度和降水分布的模拟效果.
田忠翔,陈志昆,李志强,孙虎林,宋晓姜,赵福[4](2021)在《基于中国第6~9次北极科学考察观测的季节冰区边界层逆温变化特征分析》文中研究说明利用我国第6~9次北极科学考察期间获取的大气探空资料,分析了北极季节冰区边界层逆温的时空变化特征及其成因。分析发现:(1)边界层逆温具有较强的年际变化和空间变化,高纬度密集冰区观测到更多的强逆温现象,逆温厚度与逆温层温差呈显着的对数关系;(2)不同年份边界层逆温的主要成因有所差别:海冰分布的差异导致不同年份的边界层逆温特征不同;表面融化、辐射冷却、多层云的结构和暖平流对不同冰情年份边界层逆温的贡献程度不同;(3)开阔水域和冰区边界层逆温的成因不同。表面融化和空气平流对冰区边界层逆温的形成起着非常重要的作用,而辐射冷却是开阔水域边界层逆温的主要成因之一。
孟恬[5](2021)在《GPS掩星观测误差和边界层高度的判别》文中研究表明GPS掩星反演产品弯角和折射率包含大量有价值的大气边界层信息。已有研究表明,折射率和弯角的梯度变化可以用来判别边界层高度。但是,GPS无线电信号在低层大气容易出现多路径现象,这就会给弯角和折射率带来很大的反演误差。用局地波谱宽度(local spectral width,LSW)和折射率的垂直梯度可以为GPS掩星资料在边界层应用提供一种可行的质量控制方案。将无线电探空资料与COSMIC掩星资料时空匹配,验证掩星判断边界层高度的有效性。筛选后无线电探空与掩星资料判别的边界层高度相关系数达到0.771,具有较好的一致性。使用2007-2014年COSMIC全球海洋掩星资料,分别用弯角和折射率梯度的极值来判别全球海洋边界层高度(分别记为PBLBA和PBLN)。海洋边界层高度呈现由赤道向南北两极逐渐减小的分布特征,PBL1BA、PBL2BA、PBL1N和PBL2N在赤道地区可达到2.2km、2.4km、1.8km、2.0km。边界层高度对应的梯度极值绝对值也在低纬度较大,PBL1BA和PBL1N在低纬度梯度极值可达到-65mrad/km、-85N-unit/km。PBL2BA和PBL2N对应的梯度极值绝对值相对较小,表明第一边界层结构更清晰。进一步探讨了边界层高度对应的LSW、折射率的垂直梯度、以及弯角和折射率判别的边界层高度差(记为PBLdiff,PBLdiff=PBLBA-PBLN)之间的关系。结果表明:大气折射率的垂直梯度与LSW存在明显的线性关系,在第一、第二边界层高度处,其相关系数可达0.60和0.68。折射率梯度主要由干项和湿项构成,在低纬度地区,湿项是折射率的主要贡献项。折射率垂直梯度湿项与LSW在第一、第二边界层相关系数可达0.68和0.69。第一边界层PBLdiff随着折射率垂直梯度增大而增大,当折射率梯度绝对值达到80 N-unit/km 和 100 N-unit/km,PBLdiff可达100米和160米。
王晶晶[6](2021)在《台风“利奇马”边界层对称和非对称结构的特征分析》文中研究说明对1909号台风“利奇马”个例进行数值模拟,分别选取了2019年8月07日12时、08日12时、09日18时分别代表台风“利奇马”的增强阶段、稳定阶段和减弱阶段。对“利奇马”不同强度变化时刻的边界层对称结构(Axisymmetric structure)和非对称结构(Asymmetric structure)进行了分析,并运用径向速度、切向速度、位温、水汽收支方程对台风“利奇马”的边界层的动力和热力结构倾向进行了诊断分析,主要结论如下:(1)通过对模拟的结果和观测资料的对比,WRF模式能够很好地模拟出台风“利奇马”路径、强度、降水以及结构的演变。(2)对台风“利奇马”的对称结构进行分析,最强径向流入半径与最大风速半径的相对位置影响了台风“利奇马”强度的变化。当最强流入位于最大风速半径附近及内部,辐合加热引起最大风速半径内外的气压梯度力增大,台风强度增强。相比于减弱时刻,增强时刻近地表的静力稳定性更弱。动力学边界层高度高于热力学边界层高度。不同强度变化阶段的热力学边界层高度差异小,在400-600m高度之间,与飞机观测热力学边界层高度基本相等(Zhang et al.,2013)。(3)对台风“利奇马”的非对称结构进行分析,动力结构的非对称性强于热力学边界层结构的非对称性。在增强和稳定阶段,顺切变侧的入流强度均大于逆切变侧的入流强度,切变左侧切向风速大于风切变右侧的切向风速。在稳定阶段,顺切变左侧存在两个切向风大值中心,为超梯度流的存在。在减弱阶段,逆切变侧径向入流强度较强,靠近陆地一侧的,风切右侧切向风强度较强且最大切向风高度较高。(4)利用收支方程进行诊断,结果表明从发展阶段到稳定阶段、减弱阶段,500 m以下局地径向速度总收支正倾向范围从中心扩大至更大半径处。发展阶段,最大风速半径内,切向速度以正倾向为主;稳定阶段,由于强烈的切向风的水平平流,在半径30km出现较强的切向风负倾向;相较于前两个阶段,减弱阶段切向风负倾向范围扩大。三个阶段中,由于水汽和位温的源和汇是相同的,它们的收支结构相同,但符号相反。
沈雪[7](2021)在《高光谱分辨率激光雷达关键技术及系统实验》文中研究表明大气气溶胶对地球的环境和气候影响显着,直接或间接地影响着人类的生产生活。开展大气气溶胶特性的高精度探测,不仅对厘清大气污染的成因、演化及传输机制有根本的指导作用,也对系统地研究气候气象有重要的科学意义。高光谱分辨率激光雷达(High-Spectral-Resolution Lidar,HSRL)具有时空分辨率高、理论探测精度准、信噪比强等优点,在气溶胶激光雷达探测领域相比典型的米散射激光雷达和拉曼激光雷达更具优势,也因此成为美国、欧洲、日本和我国竞相研发的星载激光雷达载荷。目前,大气HSRL仍然存在诸多需要攻克的关键技术和难点,围绕的一个核心问题就是“如何使HSRL高精度、稳定地探测大气光学特性”。因此,研制HSRL工程样机,并探索其性能优化方法,进而实现高精度稳定探测大气光学特性的功能,有利于推进未来研制成熟的HSRL仪器并走向广泛应用。本文从建立HSRL仿真模型出发,探究激光雷达探测机理,设计硬件系统参数,探索光谱鉴频器性能优化方法,提出仪器定标方案,开展外场实验观测与结果校验,最终总结出一套针对HSRL系统研制和大气气溶胶观测的全链路解决方案。本文主要研究内容如下:构建了基于蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)方法的HSRL多波长多参数分析模型。为实现对HSRL从参数设计到数据反演的全过程验证,提出了激光雷达的系统响应近似模型,明确了系统响应对HSRL参数选择过程的影响,建立了基于MC仿真方法的分析模型。利用该分析模型,重点探讨了光谱鉴频器的鉴频性能及稳定性对反演精度的影响,并分析了通道增益比的波动对反演精度的影响,比较了不同波长下HSRL设计所面临的需求差异,为HSRL的系统参数设计和性能优化提供了重要依据。提出了针对HSRL光谱鉴频器的性能优化方法。鉴于光谱鉴频器的鉴频特性和稳定性能对反演精度的影响巨大,针对视场展宽迈克尔孙干涉仪(Field-Widened Michelson Interferometer,FWMI)和碘分子吸收池两类光谱鉴频器分别提出了气压调谐和碘吸收线选择两种优化设计方法。对于鉴频效果不稳定的干涉仪型光谱鉴频器,提出了利用气压调谐FWMI鉴频位置的方法,研制了 1064 nm气压调谐FWMI光谱鉴频器的原型样机,详细计算了气压调谐结构参数,并通过扫频定标实验与干涉臂长调谐FWMI进行了鉴频性能及稳定性比对,为设计鲁棒的近红外HSRL系统并推广至其他波长铺平了道路。对于在532nm处碘分子吸收池鉴频器具备多条碘吸收线的情况,提出利用带精英决策的快速非支配排序遗传算法直接对多目标规划问题进行求解的方法,比较了不同碘吸收线的鉴频性能优劣,为基于碘分子吸收池鉴频器的HSRL优化设计提供重要指导。提出了 HSRL重叠因子定标方法,完善了 HSRL参数定标和数据质量评估方案。由于激光雷达系统本身的复杂性,目前在激光雷达测量中很难对所有参数进行绝对的定标校准。为获取准确的激光雷达探测结果,本文从重叠因子定标、收发光轴对准、通道增益比评估、瑞利拟合验证、触发延迟校正、背景噪声测试等方面全面阐述了 HSRL的定标校准方法。针对地基激光雷达低空数据极大地受困于重叠因子的问题,本文面向HSRL提出了一种基于迭代优化思想的重叠因子定标方法,将获得结果与双视场HSRL系统探测的重叠因子进行比对,两者的平均相对误差为4.56%,证明可简洁、高效、精确地定标系统重叠因子。探讨了 HSRL探测结果校验方法,并对自研HSRL进行了探测数据定量比对校验。本文报道了研制成功的532 nm单波长HSRL工程样机和532 nm-1064 nm双波长HSRL原理性实验系统。两台系统与星载云和气溶胶偏振激光雷达、原位腔衰荡消光仪、微脉冲激光雷达、拉曼激光雷达以及太阳光度计等测量仪器所测结果进行定量比对,结果十分吻合。多种仪器的相互校验充分证明了自研HSRL具备高精度稳定获取大气光学特性的能力。两台系统先后在杭州、舟山和北京等地进行长时间的外场实验探测,通过对探测过程中的数据案例进行具体分析,初步探索了利用双波长气溶胶光学特性进行气溶胶类型识别的方法和应用。
李红旭[8](2021)在《基于激光雷达数据的气溶胶特性反演方法研究》文中研究表明气溶胶是大气系统的重要组成部分,虽然在大气中相对含量很少,但对气候环境和大气辐射传输具有重要的影响。相较于被动遥感、卫星等探测手段,地基激光雷达作为一种主动式光学遥感探测工具,具有时空分辨率高、探测距离远、测量精度高等优点,被广泛应用于气溶胶探测。因此,研究基于激光雷达数据精确测量气溶胶相关特性对大气遥感、环境监测等领域具有重要意义。随着工业制造技术的进步,激光雷达系统逐渐成熟,成本得到控制,应用也比较普遍。光学遥感行业对激光雷达的数据处理和反演模型的需求越来越迫切。然而,激光雷达信号中含有大量噪声,研究高效的激光雷达信号去噪方法,从强背景噪声中提取出有用信号,是保障数据精确反演的前提。此外,在使用激光雷达数据进行气溶胶参数反演时,往往需要先验信息的假设或根据经验确定模型参数等人工干预的手段,这容易造成较大的误差,且难以实现自适应、自动化处理。这些局限性主要体现在激光雷达数据的预处理,气溶胶层垂直结构和光学物理等特性的反演中,本文的研究工作将致力于解决这些难题,具体研究内容如下:(1)激光雷达回波信号容易受到噪声污染,特别是在强背景光下,噪声严重影响了激光雷达系统的反演精度和有效探测距离。针对强噪声干扰的问题,提出了基于鲸鱼优化算法和变分模态分解的自适应激光雷达回波信号去噪方法。通过鲸鱼优化算法获得变分模态分解的分解模态数和二次惩罚因子,使得变分模态分解模型能够获得更好的去噪效果。实验结果表明该方法可应用于激光雷达信号的降噪,能有效提高激光雷达信号的信噪比,并将实验所使用的激光雷达系统的有效探测距离从6 km提高至10 km。(2)行星边界层高度是描述气溶胶层垂直结构的主要参数,其估计的准确性对天气和空气质量的预测和研究至关重要的。最常用的边界层高度反演算法是小波协方差变换法,但它存在扩张系数的选定和容易受到云、气溶胶干扰等问题。本文基于鲸鱼优化算法与上限法,提出了改进的小波协方差变换法,无需其他辅助测量设备,仅基于简单的微脉冲激光雷达即可实现行星边界层高度的自动、准确、稳定探测,解决了上述技术难题。(3)气溶胶消光系数是气溶胶光学特性的核心参数,对大气过程的变化有着重要影响。Mie散射激光雷达作为应用最为普遍的激光雷达设备,需要经验假设和复杂的数值运算才能反演出气溶胶消光系数,制约了反演结果的精度。结合Mie散射激光雷达和高光谱分辨率激光雷达的优缺点,提出了一种基于深度信念网络的气溶胶消光系数反演模型,能够有效避免诸多假设带来的不确定性,提高Mie散射激光雷达的探测精度。实验结果表明训练后的深度信念网络模型具有良好的鲁棒性和稳定性,为Mie散射激光雷达反演气溶胶特性参数提供了一种具有竞争力的解决方案。(4)气溶胶的粒子谱分布等微物理特性参数可用于监测气溶胶的演变过程、研究大气气溶胶的时空变化规律。本文通过激光雷达方程、Mie散射原理等理论方法,揭示了气溶胶光学特性和微物理特性之间的关系。针对正则化算法反演气溶胶粒子谱分布存在的问题,通过广义交叉验证法获得正则化参数和最小偏差准则获取气溶胶复折射指数,实现了基于多波长激光雷达数据的气溶胶粒子分布反演。
胡俊[9](2021)在《夜间大气边界层结构变化对大气污染物累积和传输影响研究》文中研究说明大气边界层作为人类赖以生存的地球大气最底层,大气污染及大气物理化学过程对人类活动的环境空气质量有着直接的影响。大气边界层结构很大程度上影响着大气污染物的累积和传输,决定空气质量变化。研究大气边界层结构对大气环境变化具有重大的科学意义和应用价值。目前大多研究集中关注白天大气边界层结构变化对大气污染物累积和传输的影响,夜间大气边界层结构变化对大气污染的影响作用亟待深入研究。因此,本文选择我国主要大气复合污染地区长三角和四川盆地地区,分析多年环境-气象观测数据以及典型站点大气边界层气象要素和污染物垂直探空强化观测资料,结合开展一系列气象和环境模式模拟,探索夜间大气边界层结构变化对大气污染物PM2.5和臭氧(O3)的累积和传输影响作用,揭示大气复合污染过程中夜间大气边界层垂直结构变化及云长波辐射效应的影响机理。主要研究内容和结论如下:1)云辐射效应对夜间大气稳定边界层PM2.5累积的影响与白天PM2.5污染研究相比,夜间地表长波辐射对PM2.5累积作用的研究较少。本文利用四川盆地地面和垂直探空环境-气象资料,分析2017年1月成都一次PM2.5重污染事件。观测分析表明夜间地表辐射冷却加强近地表大气逆温,加速地表PM2.5累积,恶化大气污染状况。夜间地表辐射冷却受到云量变化的调节,影响大气重污染过程中PM2.5累积。夜间云量减小(增多)会削弱(增强)向下长波辐射进而促进(减弱)地面辐射冷却,增强(减小)近地面逆温强度,增大(减缓)PM2.5的累积增长。2016年-2020年成都观测的冬季夜间云量与地面PM2.5浓度变化的显着负相关关系(r=-0.32,p<0.01)进一步验证了夜间云量减小会促进地面PM2.5浓度的累积增长,这揭示了云辐射通过改变向下长波辐射、地面辐射收支和大气边界层热力结构对夜间PM2.5累积的重要作用。这种夜间大气稳定边界层内PM2.5快速增长机制扩展了我们对大气污染变化的认识,加深了对空气质量变化中自由大气和边界层的相互作用的理解。2)云顶辐射冷却对夜间地面O3浓度增加的影响机理夜间云通过长波辐射调制大气稳定边界层内PM2.5的累积增长,但鲜有研究关注夜间云顶辐射冷却对大气残留层内O3变化的影响。我们利用成都地区大气环境观测资料,并结合单柱边界层-光化学模式和SBDART辐射传输模式模拟分析夜间云顶辐射冷却随云水路径变化对云下大气垂直结构和地面O3浓度的影响。结果表明,夜间云顶辐射冷却在云下引起了强烈的湍流涡旋,减弱大气稳定度和近地面大气逆温强度,并将夜间残留层高浓度O3夹卷输送至地面,导致高空残留层O3浓度降低和地表O3浓度增高。此外,云顶辐射冷却率随云水路径的增大而增大。更高的冷却率会产生更强的O3湍流输送,导致夜间地表O3浓度增幅更大,最大值超过了30 ppb。本研究揭示了云顶辐射冷却引起的O3湍流输送是夜间残留层O3垂直输送影响夜间地面O3的重要机理。3)夜间大气残留层O3区域传输及对地面O3污染的贡献作用夜间大气残留层内O3及其前体物的区域水平传输对大气复合污染具有重要影响,但是夜间大气边界层O3区域传输机制及其对O3污染的影响依然缺乏完整的认识。2016年8月22-25日,长三角地区出现了一次严重O3污染事件,其中在25日长三角西部地区南京地表小时O3浓度最大值超过了300μg m-3。本研究利用观测资料和WRF-Chem模式分析该地区O3污染的成因。结果表明,长三角地区夜间残留层O3自东向西区域传输抬升长三角西部地区白天地面O3浓度。24日,长三角东部地区近地面大气O3浓度较高,达到了220μg m-3。24日夜间至25日凌晨期间,地表由于稳定边界层的形成,O3浓度急剧降低,而高空残留层仍维持较高浓度的O3。在低层大气盛行东风的作用下,残留层含有高浓度O3的大气向长三角西部地区输送,导致长三角西部地区夜间残留层O3浓度增大约40μg m–3。次日,对流边界层再次发展打破了残留层的维持,湍流混合将高空高浓度O3夹卷输送至地表,对长三角西部地区地表O3浓度造成较大的贡献,其小时最大值达到了35μg m–3h–1,加重了25日O3污染。夜间残留层O3的区域传输成为大气污染物区域传输的一个重要途径。本研究揭示的区域O3通过夜间残留层输送的机制对理解O3污染和空气质量变化具有重要意义。4)山地-平原局地热力环流对夜间大气残留层O3区域传输的影响针对地形热力差异引起的大气边界层局地环流对大气边界层O3累积和区域传输的影响作用,本文利用地面O3观测数据和ERA5气象再分析资料,并结合WRF-Chem模式模拟,分析山地-平原热力差异强迫形成的局地环流对四川盆地西部夜间O3区域传输的影响。研究发现,青藏高原东坡与四川盆地西缘地区热力差异会产生显着的山地-平原热力环流(Mountain-Plains Solenoid(MPS)环流)。白天上升气流(东风)沿青藏高原东坡和盆地西缘山区爬升,夜间下沉气流(西风)沿山坡下沉。白天上升气流将盆地城市高浓度O3大气向青藏高原东坡和盆地西缘山区传输,受高原地形阻挡在山坡处累积,沿着青藏高原东坡爬升。日落后,随着上升气流减弱消失,夜间高原东坡下沉气流出现和增强,驱动山坡上空高浓度O3沿山坡向东传输回到盆地大气中,导致盆地大气残留层O3浓度显着升高,并在夜间盆地低层大气盛行风的作用下,向下风向地区输送,对下风向地区次日白天地面O3浓度增加具有显着贡献,约为30μg m–3h–1。本研究揭示了山地-平原特殊地形背景下大气边界层MPS热力环流对夜间残留层O3变化和O3区域传输的影响,有助于系统地认识大气复合污染变化的地形强迫效应。
余洋[10](2021)在《东海黑潮与热带气旋相互作用的数值模拟与诊断分析》文中进行了进一步梳理东海黑潮与热带气旋的相互作用极大地影响着中国近海的天气变化,是海气相互作用研究的重要课题,也是中国社会关注的热点科学问题之一。本文利用优化的区域耦合模式,结合统计分析、个例诊断和全动力收支平衡分析,从海气相互作用的角度,探讨了东海黑潮影响不同类型热带气旋发展过程的物理机制和东海黑潮对不同类型气旋的不同发展阶段的响应过程。对区域海气耦合模式进行了优化改进,形成了一个适应于东海黑潮和台风模拟的区域耦合模式。首先,对现有的海气耦合模式进行了参数化方案敏感性试验;其次,通过将黑潮流场、台风、波浪状态、以及采用包含各种粒子半径的飞沫生成函数计算的海洋飞沫通量等影响因子纳入计算,改进了海气通量的计算方法;最后,优化形成的区域模式能够更好地模拟气旋强度、路径、海气界面的动量通量和感热通量等要素。在东海黑潮对热带气旋发展过程的影响方面,利用改进的区域耦合模式,结合统计分析得到的黑潮最有效增强条件(气旋移动速度为6±1.5 m/s,与黑潮主轴平均距离为25±15 km),针对3组不同类型热带气旋(增强、减弱和异常)的发展过程,系统地揭示了东海黑潮影响气旋是通过湍热通量实现的:东海黑潮触发局部对流爆发,先后在热力学、动力学边界层形成向上输送热量、水汽的垂直混合通道,并在约4 km高度形成径向流出和更高层的深对流,形成了黑潮驱动的湍热通量影响机制。其中,对比不同气旋的发展过程发现:(1)黑潮是该机制的触发者和能量源,决定该机制是否发生;而由气旋的强度、移动速度等个体特征,和海气环境要素则决定该机制的强度与时长;(2)黑潮影响与气旋强度并不是线性关系,而是对强度和移速适中的气旋,进行增强的效率最高,强化阶段也能维持更长时间;对强度大、移速快、路径异常的个例,由于海气差异变小、对流爆发快速消失,该机制则较快转为停滞,无法持续地影响气旋。在东海黑潮区域对热带气旋的响应方面,利用优化的模式,通过全动力收支平衡分析,定量地探讨了3组不同类型热带气旋(增强、减弱、异常)在输运强化和停滞阶段对东海黑潮区域产生不同的三层垂向响应及其可能机制:(1)在增强个例中,其强化阶段将在风速最大和对流爆发的海面发生降温,次表层增暖,其贡献来自于风致混合项(69%),压力梯度项(30%),平流项(1%);其停滞阶段降温恢复,增暖扩大,并且在更大深度出现冷暖间或的条带状特征,而三项贡献比重变为29%,69%,2%;(2)在减弱个例中,对海洋表层造成了较强的降温和次表层增暖,三项贡献比重为86%,0.3%,13.7%;其停滞阶段,表层降温仍然存在,次表层增暖逐渐变小,三项贡献比重变为4%,85%,11%。(3)在路径异常个例中,进入打转路径前的海洋响应由风致混合主导(84%)。而开始和完成打转后,风向与黑潮流向的相对变化造成前者由压力梯度驱动的流场与Ekman流相对运动产生混合;后者由惯性流和Ekman流相对运动产生上升流,并且在此过程中压力梯度和风致混合的贡献相当。对比3组不同个例,发现响应过程的主要贡献源会发生变化,其转折点为海气界面对流爆发消失的时刻。综上所述,通过海气界面的对流爆发作为链接点,将东海黑潮对热带气旋的影响机制和东海黑潮对热带气旋的响应机制连接起来,并在二者互为驱动,相互影响下,共同构成了较为完整的东海黑潮区域热带气旋的海气相互作用过程。
二、Study on Clouds and Marine Atmospheric Boundary Layer(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Study on Clouds and Marine Atmospheric Boundary Layer(论文提纲范文)
(1)不同边界层高度诊断方法对海洋大气边界层高度诊断的适用性研究(论文提纲范文)
1 引言 |
2 数据及方法 |
2.1 数据 |
2.2 大气边界层高度诊断方法 |
2.2.1 气块法 |
2.2.2 位温梯度法 |
2.2.3 相对湿度梯度法 |
2.2.4 比湿梯度法 |
2.2.5 理查森数法 |
3 结果分析 |
3.1 不同方法适用性分析 |
3.2 南海北部海洋大气边界层的日变化特征 |
4 总结与讨论 |
(3)气溶胶直接和间接效应对台风眼墙和外雨带的影响及其分离贡献(论文提纲范文)
1 引言 |
2 模式介绍及试验方案设计 |
2.1 模式介绍和设置 |
2.2 试验方案设计 |
3 结果与分析 |
3.1 对台风路径和强度的影响 |
3.2 对台风降水的影响 |
3.3 影响机理分析 |
3.3.1 云滴数浓度与有效半径的响应 |
3.3.2 ACI对眼墙与外围雨带变化的分离贡献 |
3.3.3 ARI的分离贡献 |
4 总结与讨论 |
(5)GPS掩星观测误差和边界层高度的判别(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究目的和意义 |
1.2 国内外研究进展 |
1.2.1 边界层高度定义不同方法 |
1.2.2 掩星应用于边界层观测 |
1.2.3 超折射和多路径问题 |
1.2.4 局地波谱宽度(LSW)的定义和应用 |
1.3 论文主要研究内容 |
第二章 COSMIC掩星资料介绍 |
2.1 COSMIC资料探测原理 |
2.2 COSMIC资料反演原理 |
2.3 本章小结 |
第三章 COSMIC资料研究海洋边界层高度 |
3.1 研究资料 |
3.2 研究方法 |
3.3 有效性验证 |
3.4 海洋边界层空间分布特征分析 |
3.5 本章小结 |
第四章 COSMIC掩星资料在边界层高度的不确定性分析 |
4.1 掩星观测误差与折射率垂直梯度的相关性分析 |
4.2 基于掩星观测误差与折射率垂直梯度的质量控制方案 |
4.3 本章小结 |
第五章 总结和展望 |
5.1 主要结论 |
5.2 主要创新点 |
5.3 存在的问题与未来研究 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介 |
(6)台风“利奇马”边界层对称和非对称结构的特征分析(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究的背景和意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 边界层理论的发展 |
1.2.2 热带气旋边界层结构 |
1.2.3 热带气旋边界层热力学理论 |
1.2.4 热带气旋边界层动力学理论 |
1.2.5 边界层过程对热带气旋结构和强度的作用 |
1.2.6 模式应用 |
1.3 问题的提出 |
1.4 文章的线路图和结构安排 |
第二章 资料与方法 |
2.1 资料介绍 |
2.2 模式介绍 |
2.3 方法介绍 |
2.3.1 边界层热力学和动力学方程收支方程 |
2.3.2 模式水平扩散项方案 |
2.3.3 模式边界层方案 |
第三章 模拟结果验证与大尺度特征 |
3.1 台风“利奇马”简介 |
3.2 模拟结果验证 |
3.2.1 路径验证 |
3.2.2 强度和结构验证 |
3.3 边界层大尺度特征 |
3.4 本章小结 |
第四章 台风“利奇马”边界层的对称结构 |
4.1 边界层对称动力学结构 |
4.2 边界层对称热力学结构 |
4.3 本章小结 |
第五章 台风“利奇马”边界层的非对称结构 |
5.1 边界层非对称动力学结构 |
5.1.1 径向入流的非对称结构 |
5.1.2 切向风速的非对称结构 |
5.2 边界层非对称热力学结构 |
5.3 本章小结 |
第六章 台风“利奇马”边界层物理量收支的诊断分析 |
6.1 边界层动力学收支分析 |
6.1.1 径向速度收支 |
6.1.2 切向速度收支 |
6.2 热力学收支分析 |
6.2.1 位温收支 |
6.2.2 水汽收支 |
6.3 本章小结 |
第七章 结论和讨论 |
7.1 主要结论 |
7.2 特色和创新点 |
7.3 讨论与展望 |
参考文献 |
致谢 |
个人简介 |
(7)高光谱分辨率激光雷达关键技术及系统实验(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景和意义 |
1.2 激光雷达大气气溶胶探测理论基础 |
1.2.1 大气光散射特性 |
1.2.2 米散射激光雷达结构与基本原理 |
1.2.3 拉曼激光雷达结构与基本原理 |
1.2.4 HSRL结构与基本原理 |
1.3 高光谱分辨率激光雷达的发展历史及国内外研究现状 |
1.3.1 HSRL技术的提出与发展 |
1.3.2 光谱鉴频器初始探索阶段 |
1.3.3 光谱鉴频器应用阶段 |
1.3.4 光谱鉴频器性能优化阶段 |
1.4 本论文的主要研究内容及创新点 |
1.4.1 本文的主要研究内容 |
1.4.2 本文的创新点 |
2 高光谱分辨率激光雷达系统设计 |
2.1 高光谱分辨率激光雷达系统反演方法 |
2.2 高光谱分辨率激光雷达系统仿真 |
2.2.1 激光雷达系统响应匹配 |
2.2.2 激光雷达回波信号模拟 |
2.2.3 光谱鉴频器在可见光HSRL中的应用分析 |
2.2.4 光谱鉴频器在近红外光HSRL中的应用分析 |
2.2.5 定标参数稳定性讨论 |
2.3 高光谱分辨率激光雷达系统设计方案 |
2.3.1 整体结构设计 |
2.3.2 发射系统 |
2.3.3 接收系统 |
2.3.4 探测采集系统 |
2.4 本章小结 |
3 高光谱分辨率激光雷达鉴频技术研究 |
3.1 碘分子吸收池光谱鉴频器碘线选择技术 |
3.1.1 光谱鉴频特性 |
3.1.2 基于NSGA-Ⅱ多目标优化算法参数优化设计 |
3.1.3 灵敏度分析 |
3.2 气压调谐视场展宽迈克尔孙干涉仪光谱鉴频器技术 |
3.2.1 光谱鉴频特性 |
3.2.2 FWMI实际结构与气压调谐设计 |
3.2.3 FWMI稳定性评估 |
3.3 高光谱分辨率激光雷达光谱鉴频器定标与探测实验 |
3.3.1 基于碘分子吸收池的HSRL的定标实验 |
3.3.2 基于FWMI的HSRL定标实验 |
3.3.3 HSRL探测结果对比 |
3.4 本章小结 |
4 高光谱分辨率激光雷达定标校准技术研究 |
4.1 重叠因子定标 |
4.1.1 重叠因子基础理论 |
4.1.2 IGD定标方法 |
4.1.3 MC仿真验证 |
4.1.4 双视场HSRL系统实验验证 |
4.2 通道增益比定标 |
4.2.1 偏振通道增益比 |
4.2.2 分子通道增益比 |
4.2.3 瑞利拟合验证 |
4.3 其余反演所需参数的定标研究 |
4.3.1 触发延迟测试 |
4.3.2 探测采集系统动态范围测试 |
4.3.3 电路背景噪声测试 |
4.4 本章小结 |
5 高光谱分辨率激光雷达仪器验证与气溶胶探测外场实验 |
5.1 高光谱分辨率激光雷达仪器校验 |
5.1.1 比对仪器与方法 |
5.1.2 与拉曼激光雷达和太阳光度计比对结果 |
5.1.3 与CALIOP、MPL和CRD AES比对结果 |
5.2 高光谱分辨率激光雷达气溶胶探测外场实验 |
5.2.1 外场实验说明 |
5.2.2 外场实验探测结果展示 |
5.3 大气气溶胶类型识别应用 |
5.3.1 气溶胶类型识别基础 |
5.3.2 城市气溶胶探测与分类 |
5.3.3 沙尘与海洋气溶胶探测与分类 |
5.4 本章小结 |
6 总结与展望 |
6.1 本文的主要工作总结 |
6.2 下一步的工作展望 |
参考文献 |
作者简历及攻读博士学位期间的主要研究成果 |
(8)基于激光雷达数据的气溶胶特性反演方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 课题研究的背景与意义 |
1.2 激光雷达信号去噪技术研究现状 |
1.3 行星边界层高度探测方法研究现状 |
1.4 气溶胶消光特性反演方法研究现状 |
1.5 气溶胶微物理特性探测技术研究现状 |
1.6 本文研究内容及章节安排 |
第二章 激光雷达系统和数据预处理 |
2.1 激光雷达系统 |
2.1.1 Mie散射激光雷达 |
2.1.2 Raman散射激光雷达 |
2.1.3 高光谱分辨率激光雷达 |
2.1.4 多波长激光雷达 |
2.2 .激光雷达数据预处理 |
2.2.1 探测器延时校正 |
2.2.2 背景噪声订正 |
2.2.3 后脉冲订正 |
2.2.4 距离平方校准 |
2.3 基于变分模态分解和鲸鱼优化算法的激光雷达信号去噪方法 |
2.3.1 变分模态分解算法 |
2.3.2 鲸鱼优化算法 |
2.3.3 基于变分模态分解和鲸鱼优化算法的去噪方法 |
2.3.4 实验结果与讨论 |
2.4 本章小结 |
第三章 基于激光雷达数据的行星边界层高度反演 |
3.1 边界层高度反演资料 |
3.1.1 微脉冲激光雷达资料 |
3.1.2 无线电探空仪资料 |
3.2 行星边界层高度的常用反演方法 |
3.2.1 梯度法 |
3.2.2 曲线拟合方法 |
3.2.3 小波协方差变换法 |
3.3 改进的行星边界层高度自适应确定方法 |
3.4 实验结果与讨论 |
3.4.1 合成信号实验 |
3.4.2 实测数据实验 |
3.5 本章小结 |
第四章 基于激光雷达数据的气溶胶消光特性反演 |
4.1 常见激光雷达系统的气溶胶消光系数反演方法 |
4.1.1 基于Mie散射激光雷达反演消光系数 |
4.1.2 基于Raman散射激光雷达反演消光系数 |
4.1.3 基于高光谱分辨率激光雷达反演消光系数 |
4.2 深度信念网络 |
4.3 基于深度信念网络的气溶胶消光系数反演方法 |
4.4 实验结果与讨论 |
4.5 本章小结 |
第五章 基于多波长激光雷达数据的气溶胶微物理特性反演 |
5.1 气溶胶微物理特性 |
5.1.1 气溶胶的粒径 |
5.1.2 气溶胶的粒径谱分布 |
5.1.3 粒子尺度描述参数 |
5.1.4 复折射指数 |
5.2 Mie散射理论 |
5.3 不适定问题概述 |
5.4 基于GCV正则化反演气溶胶粒子谱分布 |
5.5 基于气溶胶微物理参数正演气溶胶光学特性 |
5.5.1 粒子谱分布的选择 |
5.5.2 气溶胶复折射指数的选择 |
5.5.3 气溶胶光学特性和激光雷达信号的模拟 |
5.6 基于气溶胶光学参数反演气溶胶微物理特性 |
5.7 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 研究内容与总结 |
6.2 创新点 |
6.3 研究展望 |
致谢 |
参考文献 |
作者简介 |
在研期间的工作成果 |
(9)夜间大气边界层结构变化对大气污染物累积和传输影响研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究目的和意义 |
1.2 研究进展 |
1.2.1 我国大气复合污染时空变化特征 |
1.2.2 大气边界层结构昼夜变化 |
1.2.3 大气边界层和大气污染变化的相互作用 |
1.2.4 天气系统及云辐射效应对大气污染物变化的影响 |
1.2.5 大气边界层局地环流变化及其大气环境效应 |
1.3 本研究拟解决的问题 |
1.4 研究内容与技术路线 |
参考文献 |
第二章 观测数据与模式介绍 |
2.1 引言 |
2.2 四川盆地低层大气气象要素和污染物垂直观测试验 |
2.3 气象与环境观测数据 |
2.4 单柱边界层-光化学模式介绍 |
2.5 SBDART辐射传输模式介绍 |
2.5.1 云层模块 |
2.5.2 气体吸收模块 |
2.5.3 气溶胶模块 |
2.6 WRF-CHEM模式 |
2.6.1 WRF-Chem模式简介 |
2.6.2 大气动力学框架 |
2.6.3 大气物理过程方案 |
2.6.4 大气化学方案 |
2.6.5 大气污染物人为排放源清单 |
2.6.6 O_3过程分析方法 |
参考文献 |
第三章 夜间地面PM_(2.5)累积增长及云-地面长波辐射变化的调制作用 |
3.1 引言 |
3.2 观测数据与分析方法 |
3.3 夜间PM_(2.5)的快速累积增长过程 |
3.4 大气气溶胶化学和水平输送的微弱贡献 |
3.5 近地面垂直扩散能力的重要贡献 |
3.6 地表长波辐射收支平衡的影响 |
3.7 云量变化的影响 |
3.8 本章小结 |
参考文献 |
第四章 云顶辐射冷却对夜间大气残留层O_3垂直扩散的影响 |
4.1 引言 |
4.2 观测数据与单柱边界层模式设置 |
4.3 夜间云顶边界层内地面O_3浓度的增加 |
4.4 云顶辐射冷却引起的O_3垂直混合敏感性分析 |
4.5 云水路径对O_3垂直扩散的影响 |
4.6 本章小结 |
参考文献 |
第五章 夜间大气残留层O_3区域传输及对区域O_3污染的贡献作用 |
5.1 引言 |
5.2 O_3污染特征分析 |
5.2.1 观测站点与数据 |
5.2.2 长三角热浪期间光化学污染过程 |
5.2.3 O_3区域传输的潜在影响 |
5.3 模式设置与评估 |
5.3.1 模式设置 |
5.3.2 模拟评估 |
5.4 O_3区域传输机制 |
5.4.1 O_3在残留层的“储存” |
5.4.2 O_3在残留层的传输 |
5.4.3 大气残留层O_3垂直混合的贡献 |
5.5 本章小结 |
参考文献 |
第六章 山地-平原局地热力环流对夜间残留层O_3变化及区域传输的影响作用 |
6.1 引言 |
6.2 数据与方法 |
6.3 盆地西部城市O_3时空分布特征 |
6.4 盆地西缘山地-平原热力环流日变化特征 |
6.5 山地-平原热力环流对O_3区域传输的影响 |
6.6 本章小结 |
参考文献 |
第七章 结论 |
7.1 主要结论 |
7.2 本研究创新点 |
7.3 存在问题及研究展望 |
个人简介 |
致谢 |
(10)东海黑潮与热带气旋相互作用的数值模拟与诊断分析(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 前言 |
1.1 研究背景 |
1.2 热带气旋与西边界流相互作用 |
1.2.1 飓风与湾流相互作用研究 |
1.2.2 东海热带气旋与黑潮相互作用研究 |
1.3 拟解决科学问题 |
1.4 章节安排 |
第二章 数据和方法 |
2.1 数据资料 |
2.1.1 台风数据 |
2.1.2 实测数据 |
2.1.3 再分析数据 |
2.2 研究方法 |
2.2.1 耦合模式(COAWST)介绍 |
2.2.2 分析方法 |
2.3 本章小结 |
第三章 区域耦合模式优化改进 |
3.1 数值模式设置 |
3.2 海气参数化方案敏感性试验 |
3.3 海气界面通量的改进 |
3.4 模式结果验证 |
3.4.1 大气结果验证 |
3.4.2 海洋结果验证 |
3.4.3 热带气旋结果验证 |
3.5 本章小结 |
第四章 东海黑潮对热带气旋的影响 |
4.1 黑潮影响热带气旋强度与路径的统计分析 |
4.2 黑潮对增强热带气旋的影响过程 |
4.3 黑潮对减弱和其他异常热带气旋的影响过程 |
4.3.1 减弱个例分析 |
4.3.2 其他异常个例分析 |
4.4 本章小结 |
第五章 热带气旋对东海黑潮区域海洋的影响 |
5.1 热带气旋对上层海洋影响的统计分析 |
5.2 热带气旋对黑潮区域海表的影响 |
5.2.1 动力学响应 |
5.2.2 热力学响应 |
5.3 热带气旋对黑潮区域海洋垂直结构的影响 |
5.3.1 热力学响应 |
5.3.2 动力学响应 |
5.4 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 本文主要结论 |
6.2 创新点 |
6.3 研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介 |
四、Study on Clouds and Marine Atmospheric Boundary Layer(论文参考文献)
- [1]不同边界层高度诊断方法对海洋大气边界层高度诊断的适用性研究[J]. 董议文,张蕴斐,张戈,韩博,李响,易侃. 海洋预报, 2021
- [2]一次黑潮海洋锋强迫下的蒸发波导突变性与非均匀性的观测与模拟研究[J]. 丁菊丽,梁志超,费建芳,吕庆平,赵小峰. 气象学报, 2021(06)
- [3]气溶胶直接和间接效应对台风眼墙和外雨带的影响及其分离贡献[J]. 梁志超,丁菊丽,费建芳,程小平,黄小刚. 中国科学:地球科学, 2022(01)
- [4]基于中国第6~9次北极科学考察观测的季节冰区边界层逆温变化特征分析[J]. 田忠翔,陈志昆,李志强,孙虎林,宋晓姜,赵福. 海洋学报, 2021(07)
- [5]GPS掩星观测误差和边界层高度的判别[D]. 孟恬. 南京信息工程大学, 2021(01)
- [6]台风“利奇马”边界层对称和非对称结构的特征分析[D]. 王晶晶. 南京信息工程大学, 2021(01)
- [7]高光谱分辨率激光雷达关键技术及系统实验[D]. 沈雪. 浙江大学, 2021(01)
- [8]基于激光雷达数据的气溶胶特性反演方法研究[D]. 李红旭. 南京信息工程大学, 2021(01)
- [9]夜间大气边界层结构变化对大气污染物累积和传输影响研究[D]. 胡俊. 南京信息工程大学, 2021(01)
- [10]东海黑潮与热带气旋相互作用的数值模拟与诊断分析[D]. 余洋. 南京信息工程大学, 2021