郴州市夏季大气边界层结构特征观测研究

郴州市夏季大气边界层结构特征观测研究

杜新安 1 郑云杰 2 欧阳秋晨 1

1. 湖南省郴州市气象局 423000 ； 2. 湖南省汝城县气象局 423000

摘要：基于L波段探空GFE(L)1型二次测风雷达资料具有垂直分层密，并从地面开始就可以获取资料的特点，将其用于郴州市主城区边界层特征的分析，其夏季大气边界层厚度的变化规律，夏季对流边界层最高厚度值以及夏季稳定边界层的高度值。

关键词： L波段雷达 探空 大气边界层

引言

郴州市位于北纬24°53′～26°50′，属中亚热带季风性湿润气候区。地貌复杂多样，其特点以山丘为主，山地丘陵面积约占总面积的近四分之三。地势东南高西北低，东南部以山地为主体；西北部以丘陵、岗地、平原为主。因南北气流受南岭山脉综合条件影响，太阳辐射形成多类型的立体分布,垂直和地域差异大。所以对郴州大气边界层状况的研究致关重要，而目前气象系统所使用的L波段探空雷达技术具有每日获得诸多大气边界层数据的能力。

1.研究的意义，背景

大气边界层是大气中最靠近地表的对流层底部的大气层区域，地表与大气之间几乎所有的 热量、动量、水汽、气溶胶、微量气体和大气污染物的交换都是通过陆面过程和大气边界层过程来实现，因此无论是气候变化还是大气环流的调整都与大气边界层过程的贡献密不可分。在大气边界层特征物理参数中，大气边界层厚度是其最为重要的参数之一，它不仅决定着一个地区的大气环境容量，而且还强烈影响着云和对流发展及演变过程，同时也是空气质量监测和天气预报中最为重要的物理参数之一，对暴雨和冰雹等灾害性天气气候的形成和发展有一定的影响。

季风系统既是全球大气环流系统的重要角色，也是全球大气能量和水汽输送的主要机制。我国作为全球夏季风最活跃的区域，按照受夏季风的影响程度，可将中国气候区域划分为季风影响区、非季风影响区以及季风影响过渡区，而郴州的地理气候决定了它正是处于季风影响区。

大气边界层观测实验大多以局部地区和单个站点为主，且观测持续时间长，通过观测实验获得的大气边界层厚度资料具有时效性和准确性的优势。近年来，重庆，济南等诸多气象工作者对大气边界层结构特征进行了许多观测试验和科学研究。

2.主要科学问题

从以上研究的意义，背景可以看出，诸多气象工作者在其当地大气边界层结构分布特征方面已经取得了许多重要成果。然而在郴州市的大气边界层结构特征，却没有得到探讨。因此，本文计划对以下问题进行探讨：

（1）郴州夏季大气边界层厚度的变化规律，

（2）郴州夏季对流边界层最高厚度值

（3）郴州夏季稳定边界层的高度值

希望能够找出一个比较准确的郴州特殊地形区的夏季大气边界层的结构特征，以及它的变化规律。能够寻找出比较准确对流边界层最高厚度值对流边界层最高厚度值，稳定边界层的高度值。

3.研究地点、数据来源和方法

3.1 研究地点

按照我国受夏季风的影响程度不同，将中国气候区域划分为季风影响区、非季风影响区以 及季风影响过渡区。郴州市位于季风影响区。其在季风盛行期受夏季风降水影响降水量较大，植被覆盖茂密，以山地丘陵为主。

3.2 数据来源

为分析季风活动对大气边界层结构在空间分布的影响，选用郴州市高空气象观测站的2008年—2018年的综合常规探空观测资料，常规探空观测时次为07、19时。气象探空站进行观测时所用雷达型号均为GFE（L）1型二次测风雷达，它与GTS1型数字式探空仪相配合，能测定高空的风向、风速、气温、气压、湿度等五个气象要素，探测的GTS1型探空 仪的气压观测误差不高于2hPa,温度观测误差为0.2℃, 相对湿度观测误差不高10%,风向的观测误差不大于5°,风速的观测误差小于10%。

3.3 大气边界层厚度的确定方法

对于夏季晴天，热力作用在大气边界层过程中起主导作用，因此使用位温廓线法来确定大 气边界层厚度具体方法为：在稳定边界层条 件下(即07时高空探测)，从地面开始的近地层逆位温层顶(逆位温强度超过0.4℃(100 m)的高度作 为稳定边界层厚度；利用干绝热曲线法来估算对流边界层日最大厚度的方法，该方法的基本原理是将清晨探空观测的温度廓线与午后地面最高气温作干绝热线的交叉点高度确定为每日对流边界层发展的最大厚度。

4.郴州夏季大气边界层厚度的变化规律

图1为郴州大气边界层厚度月平均日变化特征图

大气边界层厚度最为显著的特征之一为日变化特征明显，尤其是象郴州这样的季风影响区，从其L波段雷达07时及19时观测数据分析，可以看出出现了明显的日变化特征，几乎都在13-15点，大气边界层厚度出现2000米左右日最大值。大气边界层日最大厚度主要受热力作用的影响，在夏季受夏季风降水影响，降水增多。在大气稳定边界层平均厚度为700m，其中晴天为1000-2000m，阴雨天气为300m左右。在郴州4月开始,一直到7月份可观察到大气边界层厚度增加不是很明显，甚至有小幅度的降低。8月开始可观察到郴州大气边界层厚度出现了较为明显的回升，这是由于夏季风从4月开始增强，到8月减弱的影响。

5.结论和讨论

（1）L波段探空雷达资料可以用于大气边界层特征的分析，并且由此可获得郴州大气边界层厚度的变化规律，夏季对流边界层最高厚度值为2000m，郴州夏季大气稳定边界层平均厚度为700m。

（2）通过使用L波段探空雷达资料分析边界层特征，可应用于进行大气污染经验预报。大气边界层厚度与大气污染物扩散相关，在没有降水时，大气边界层下降（300m），大气污染加重，阴雨天气，大气边界层厚度增加，大气污染减轻。

参考文献

[1]乔梁 夏季风活动对大气边界层结构的影响及非季风区超厚大气边界层发展的能量机制分析 兰州大学，2019.

[2]黄荣辉，Ronghui H .我国重大气候灾害的形成机理和预测理论研究[J].中国基础科学，2006, 21 (6).

作者简介：杜新安（1967-）男，汉族，山东泰安市人，本科学历，工程师，从事研究方向或职业：气象工作者。