研究山地突发性降雨过程的基本特征及其动力、热力引起的局地环流,对提高山地环境下突发性暴雨的预报准确性和及时性具有重要意义。本文选取绵阳地区两次山地突发性降雨事件,基于中国逐日降水快速融合实况分析产品(CMA Multi-source merged Precipitation Analysis System,CMPAS)、FY-2G卫星相当黑体亮温(Black Body Temperature,TBB)及欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasting,ECMWF)ERA5再分析资料,采用绕流、爬流和过山气流方程进行诊断分析和数值模拟试验。结果表明,两次突发性降雨均发生在西太平洋副热带高压控制的弱天气系统背景下,适宜的水汽条件、高温环境及冷暖空气交汇是暴雨触发的主要因素。山地阻挡作用促使过山气流产生绕流和爬流运动,在暴雨区形成上升运动和局地涡旋。在弱冷空气影响下,爬流运动占主导,爬流与绕流共同促进突发性暴雨的发生与发展;而在强冷空气影响下,二者对暴雨的促进作用减弱。暴雨区内绕流和爬流与降水强度耦合。降雨过程中,地面热源输入的消失导致降雨区附近地表热力扰动明显减弱,使盆地西部难以形成局地环流,进而削弱绕流和爬流,同时辐合区消失,导致数值模拟区域降水量明显减少,强降水中心消失。两次降雨过程中数值模拟试验结果均表明,相较于感热,潜热对降水起主要作用。
气候过渡区作为“陆-气耦合”热点地区,当前研究多集中于该区域陆-气耦合时空分布及水热条件的影响,缺乏对多因子协同作用及不同生态系统耦合度差异的研究。本文基于站点观测资料,聚焦陆面水、热、生因子与地表通量的耦合关系,对比分析不同生态系统之间单因子和多因子陆-气耦合度差异,评估各陆面因子对耦合度的贡献。结果表明,单因子耦合中,稀疏植被的潜热与叶面积指数耦合强度最强,农田的潜热与土壤温度耦合强度最强;草地、森林和农田的感热与土壤温度耦合最强。多因子耦合度明显优于单因子,多因子与潜热的耦合度在森林和稀疏植被有明显提升,与感热的耦合在稀疏植被明显增强。各因子对地表通量的贡献中,草地感热和潜热分别由热力和生态因子主导;稀疏植被潜热由水分、生态因子共同主导,感热由热力因子主导;农田和森林的潜热和感热由热力因子主导。干旱条件下,水分和生态因子对多数生态系统中潜热和感热的贡献增大。
中国西北极端干旱区戈壁广布,风大沙多,灾害频发。充分了解戈壁沙尘运动基本规律是灾害预警与科学防治的重要前提。鉴于目前难以精准预测瞬时输沙率,探讨风沙事件中气流与沙尘特征物理量的统计规律,进而开展统计预测,也许是在秒及以下时间尺度上建立风和沙之间定量关系的可行之路。本研究借鉴湍流统计理论的思路和方法,利用Hilbert-Huang变换分析4个戈壁沙尘运动野外观测数据集。结果表明,沙尘事件中的风速、跃移沙粒动能与个数、粉尘浓度等时间序列的Hilbert边际谱均符合幂次标度律,沙尘特征量和风速的标度指数范围分别为0.78~1.51和0.59~1.47。
国家体育场(简称“鸟巢”)及其周边3 km范围内的北京奥林匹克公园(简称“奥森”)和国家奥林匹克体育中心(简称“奥体”)区域,分别代表大型密集建筑体育场馆区、自然下垫面区域及临近大型体育场馆的3种不同地面气象探测环境。利用2020—2021年鸟巢、奥森和奥体区域自动气象站的逐时气温、降雨量、风速和风向观测资料,对鸟巢周围不同气象探测环境下的气温特征进行精细化分析。研究结果表明,与奥森站相比,奥体和鸟巢看台的年平均温度分别高出1.3、2.1 ℃,且冬半年气温差异明显大于夏半年;鸟巢内部看台区的逐月平均气温普遍高于冠顶区域,东看台年平均气温略高于西看台0.2 ℃,鸟巢半封闭冠顶结构导致的阴影遮蔽效应使其逐时温差与太阳高度角呈良好对应关系。此外,奥体与奥森站的逐时月平均气温变化趋势较为一致,但奥森站气温变化更快。研究还发现,各气象站的温差与风速和降水天气条件存在相应的关联特征。