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1. 塔克拉玛干沙漠夏季近地面层湍流特征与热量和动量输送差异及成因研究

张璐, 彭艳, 李倩惠, 张宏升, 何清, 买买提艾力·买买提依明

北京大学学报自然科学版 2023, 59 (4): 581-592. DOI: 10.13209/j.0479-8023.2023.045

摘要（225）

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PDF（pc）（5106KB）（69）

利用2016年7月新疆塔克拉玛干沙漠气象国家野外科学观测研究站近地面层大气湍流实验观测资料, 采用涡动相关、象限分析和频谱分析等方法, 研究塔克拉玛干沙漠腹地强热力作用下近地面层湍流特征, 对比分析热量输送与动量输送的差异, 探讨输送差异的成因和物理机制。研究结果表明, 近中性层结条件下, 塔克拉玛干沙漠腹地近地面层湍流运动对热量和动量的输送作用类似; 随着大气不稳定度增加, 热量与动量的输送差异增大。在强热力条件下, 湍流运动对热量的输送效率较高, 但对动量的输送存在较大的随机性。输送差异形成的原因与湍流相干结构密切相关, 在不稳定层结条件下, 湍流相干结构以热羽为主, 能够引起位温和垂直速度的同相位变化, 但较难引起水平速度的相应变化。湍流运动的动力和热力响应物理机制不同, 是热量与动量的输送差异及其随大气不稳定度增强而增大的主要原因。

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2. 气压脉动仪及湍流大气中的气压脉动频谱特征研究

卫茁睿, 张宏升, 李倩惠, 任燕, 康凌, 王鹏飞, 刘海波

北京大学学报自然科学版 2022, 58 (1): 186-194. DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.122

摘要（552）

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PDF（pc）（5161KB）（177）

基于自制气压脉动仪在内蒙古科尔沁地区大气边界层与大气环境综合实验站2019年夏季的观测资料, 计算气压脉动特征参数, 分析气压频谱及气压标准差特征。结果表明, 自制气压脉动仪能够反映气压的快速变化, 频率响应接近1 Hz; 气压脉动方差谱曲线在0.0006~0.5 Hz的频率范围内满足n^-2标度率, 峰值频率低于风速和温度; 不同稳定层结条件下的气压脉动归一化方差谱在高频区合并为一条曲线, 在低频区根据大气稳定度排列; 气压涨落对湍流能量的贡献主要体现在较大尺度上, 风速和温度主要体现在较小尺度上; 气压标准差和气压脉动强度存在明显的白天强、夜晚弱的日变化特征。

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3. PM_2.5浓度湍流特征和通量获取的实验研究

任燕, 李倩惠, 张宏升, 康凌

北京大学学报自然科学版 2021, 57 (6): 1019-1026. DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.082

摘要（597）

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PDF（pc）（9904KB）（171）

利用PM_2.5质量浓度测量仪E-Sampler的1 Hz高频采样功能, 采用涡动相关法, 计算山东省德州大气环境实验站2018年12月27日至2019年1月7日多次污染事件的PM_2.5浓度脉动和湍流通量, 探讨PM_2.5浓度湍流特征。结果表明, 实验观测期间PM_2.5浓度湍流通量均值为0.026 μg/(m²·s); 不同污染过程中PM_2.5浓度湍流通量传输方向不同, 表明不同污染过程的污染源汇属性不同。随着湍流统计特征量(如湍流动能、水平风速标准差、垂直风速标准差、水平风速、动量通量和感热通量)增大, PM_2.5湍流垂直通量呈现指数型减小的趋势, 即先急剧减小, 然后随各变量的增长变化不大。随着PM_2.5浓度增大, 其湍流通量绝对值呈现增加趋势, 因此PM_2.5浓度湍流通量的大小与PM_2.5浓度和湍流强弱有关。不稳定条件下, PM_2.5浓度归一化标准差与稳定度参数ζ = z/L 遵循-1/3幂次关系, 即 σ_c/C_* = 6.7(-ζ)^-1/3; 稳定条件下, 实验结果相对离散。另外, PM_2.5浓度脉动方差谱曲线在高频段满足-2/3幂指数率, PM_2.5浓度脉动与垂直速度脉动的协方差谱曲线在高频段满足-4/3幂指数率。研究结果表明, 利用E-Sampler的PM_2.5浓度1 Hz高频采样功能可以得到连续且有效的PM_2.5浓度湍流通量。

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4. 华北北部半干旱地区夏季大气边界层特征的实验研究

李倩惠, 张宏升, 鞠婷婷, 肖凯涛

北京大学学报自然科学版 2020, 56 (2): 215-222. DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.125

摘要（778）

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PDF（pc）（799KB）（231）

2016年7月3—16日在内蒙古自治区科尔沁地区大气科学与大气环境综合实验站开展科尔沁半干旱下垫面大气边界层野外综合观测试验, 利用 GPS大气边界层精细探空资料, 分析华北北部半干旱地区晴天、阴天和雨天等不同天气条件下的大气边界层结构。采取不同的方法和判据对比确定大气边界层高度, 统计实验期间低空急流特征, 并对近地面湍流特征及地表能量收支状况进行初步的探讨。结果表明: 晴天, 白天的大气边界层平均高度约为1790 m, 夜间约为250 m; 阴天和雨天, 白天的大气边界层平均高度约为980 m, 夜间约为430 m。夜间, 近地面层湍流动能与边界层高度有较强的相关性。低空急流多发生在午夜, 平均高度约为390 m, 强度与高度正相关。

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5. 利用激光雷达和卫星遥感获得城市地面大气悬浮颗粒物浓度分布

李倩,李成才,王烨芳,林常青,杨东伟,李莹

北京大学学报（自然科学版）

摘要（816）

PDF（pc）（1025KB）（838）

使用香港元朗地区2008年MODIS卫星遥感的气溶胶光学厚度(AOD)产品、激光雷达气溶胶消光系数垂直分布、地面相对湿度和地面气溶胶浓度观测资料等数据, 通过激光雷达数据建立地面消光系数和激光雷达AOD与气溶胶标高的关系, 利用这一关系和卫星AOD进行地面消光系数的反演估计, 并进行湿度订正; 通过建立地面气溶胶浓度和地面消光系数的关系, 进行卫星AOD产品和激光雷达气溶胶探测反演地面大气颗粒物质量浓度的研究及应用。结果表明, 卫星估计的地面消光系数与小时平均的颗粒物质量浓度观测值的相关系数为0.57~0.86 (PM2.5)和0.59~0.78 (PM10), 估计的质量浓度与小时平均的观测值对比的均方根偏差分别为11.64~25.34 g/m³ (PM2.5)和24.64~91.64 g/m³ (PM10), 表明可以通过卫星遥感进行大气悬浮颗粒物污染的监测应用。其中1 km分辨率的AOD产品, 因其更高的空间分辨率, 更适合反映具有复杂地形的城市地区大气悬浮颗粒物污染。

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6. MODIS卫星监测中国东部地区地面颗粒物的样本时间代表性分析

李倩,李成才, 杨东伟,石光明,高玲,李莹,毛节泰

北京大学学报（自然科学版）

摘要（681）

PDF（pc）（673KB）（314）

选取2011年中国东部地区428个测站的PM10质量浓度资料, 用Terra和Aqua MODIS AOD产品的时间分布作为指示数据, 检验日、月、季、年时间尺度下, 卫星过境时刻地面PM数据(SATPM)对地面所有时刻数据平均值(ALLPM)的代表性。结果发现, 在东部大部分地区, SATPM与ALLPM的相对误差在±20%以内, 且Aqua-MODIS代表性更好。此外, 结合两颗卫星的数据, 经拟合订正获得了新的日、年时间尺度上PM10质量浓度数据, 将其与ALLPM的相关系数从0.87和0.83提高到0.90。此检验结果对于检验卫星数据反演的PM2.5的代表性也有一定指导意义。

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7. 北京地区大气气溶胶的激光雷达观测及反演算法研究

林常青,杨东伟,李成才,李倩,石光明,王烨芳,周寅亮,刘梦娟

北京大学学报（自然科学版）

摘要（954）

PDF（pc）（1879KB）（751）

利用微脉冲激光雷达在北京地区的观测, 研究两种避开利用高空信号的反演算法。算法一，根据Fernald的反演算法把边界取在混合层中间某处, 并结合太阳光度计的观测进行反演。通过激光雷达与同一地点自动气象站的地面观测比较验证了反演结果, 表明该方案用于激光雷达的气溶胶消光系数反演是可行的。算法二，由于激光雷达近端处的信号和地面气溶胶消光系数线性相关, 从而利用地面气溶胶观测数据反演雷达常数和观测期间气溶胶平均后向散射比, 结果与第一种方案一致, 表明利用该方法反演是可行的。最后利用这次激光雷达的观测, 分析北京地区冬季一次西伯利亚高压过境时的气溶胶演变过程, 将激光雷达观测与南郊观测站地面观测进行比较, 并验证了激光雷达的反演结果和算法的可靠性。

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8. 多波段光度计定标及误差分析

高玲,赵春雷,李成才,任通,李倩

北京大学学报（自然科学版）