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1. CALMET时空分辨率对CALPUFF模拟浓度场的影响

康凌, 朱好, 黄倩倩, 刘新建, 蔺洪涛, 蔡旭晖, 宋宇, 张宏升

北京大学学报自然科学版 2021, 57 (6): 1006-1018. DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.081

摘要（644）

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PDF（pc）（5675KB）（221）

采用WRF输出的逐小时1 km分辨率预报风场作为CALMET诊断模式的输入, 生成不同时空分辨率的CALMET诊断风场, 耦合 CALPUFF得到逐分钟50 m分辨率浓度场, 在此基础上分析CALMET气象场时空分辨率对浓度场的影响, 并统计不同气象时空分辨率方案的计算耗时。结果表明, 当风向稳定且风速较大时, 较粗的时空分辨率亦能得到满意的风场和浓度场; 当风向转变且风速较小时, 时空分辨率对诊断风场和浓度场影响显著, 不同气象方案的浓度场差异可以高达40%; 风场转变期间, 当CALMET的时间步长大于30 min时, 加密气象网格会降低浓度场的模拟精度, 时间步长越长, 浓度场偏离越显著。综合考虑计算耗时和浓度场模拟准确性, 推荐在大气污染事故应急预警中采用10 min时间步长和400 m网格距的CALMET气象方案。

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2. 保定‒雄安地区近地面大气流动与轨迹输送特征

栗涵舸, 蔡旭晖, 康凌, 宋宇

北京大学学报自然科学版 2021, 57 (2): 215-224. DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.001

摘要（754）

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PDF（pc）（9130KB）（166）

基于2016—2017年22个地面气象站点的观测资料和NECP-fnl数据, 使用CALMET风场诊断模式, 计算保定?雄安地区两个年份的逐时风场和每日输送轨迹。根据风场与流动轨迹特性, 从大气扩散输送的角度, 将当地大气流动划分为系统大风型、局地环流型与弱系统影响型 3 类。统计分析结果表明: 大气流动3个类型的大致比例为10%, 50%和40%; 系统大风型流动的占比较低, 且春夏季较多, 秋冬季较少; 局地环流型流动以秋冬季较多, 春夏季较少; 弱系统影响型的出现频率在全年变化不大, 但在秋冬季出现频率稍低; 大气流动受西北部山地影响, 山地-平原风可控制山前约100 km的范围, 覆盖保定市和雄安新区大部; 山地-平原风的转换可在山前区域形成部分时段的小风状况; 该地区大气输送的主要路径是西南-东北方向, 对应大尺度背景流动情况; 西北-东南方向的横向输送距离较短, 对应山地-平原风地形环流的影响; 在系统大风和弱系统影响下, 冬春季会出现部分直接向东南方向的输送轨迹。

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3. 大气扩散应急预报的风场不确定性影响研究

郑宇凡, 蔡旭晖, 康凌, 张宏升, 宋宇

北京大学学报自然科学版 2019, 55 (5): 878-886. DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.058

摘要（954）

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PDF（pc）（15080KB）（209）

使用WRF模式和CALMET模式, 获得一个40 km区域的细网格气象预报场, 同时利用加入地面观测资料的方法获得当地诊断风场。用随机粒子扩散模式模拟两种风场驱动下的扩散结果, 并比较和评估预报模拟的偏差或不确定性。对 4个季节的代表性月份(1, 4, 7和10月)的逐时排放情况以及4个排放高度的情景进行模拟分析。结果表明: 1) 预报模拟的烟云扩散形态(方向和宽度等)在当地大多数时段内(约占全年的80%)与诊断分析的实际扩散结果一致, 且季节变化不大, 其余时段为扩散形态有中度偏差和有明显差异的情况, 二者各占10%左右; 2) 地面轴线浓度的不确定性随下风距离及污染排放高度而变化, 20~100 m各高度的排放结果大致在2~4 km的下风距离出现最大偏差, 但100 m的高源排放在约2 km以内的范围也有很大的预报不确定性; 3) 两种情况造成当地扩散预报结果的明显偏差, 一是气象场预报的局地风场发生重要转变的时间不一致, 使预报风场与实际风场处于转变前后的不同步状态, 从而使污染扩散预报结果出现重大偏差, 二是WRF模式对地面风速的预报系统性地偏大(50%左右), 造成预报模拟浓度结果系统性地偏小。

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4. 北京地区大气污染物源区特征及与重污染过程的关系

邹青青, 蔡旭晖, 郭梦婷, 宋宇, 张小玲

北京大学学报（自然科学版） 2018, 54 (2): 341-349. DOI: 10.13209/j.0479-8023.2017.134

摘要（1713）

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PDF（pc）（35084KB）（269）

探讨影响北京市区的大气污染潜在源区(印痕)。采用WRF气象模式, 对北京地区的气象场进行15年(2000—2014年)长期模拟分析。利用印痕模式, 计算15年的逐时印痕分布, 统计分析污染物源区的多年平均特性和季节变化。根据空气污染指数API, 筛选13年(2000—2012年)秋冬季的实际重污染事例, 统计分析其与污染物源区的关系。结果表明: 1) 逐日平均印痕的形态和分布变化极大, 说明影响北京的污染物源区是随时间而动态变化的; 2) 多年平均的污染物源区大致呈三角形分布, 偏西南的一角最强, 另外一角偏东, 一角大致偏北, 北京处于三角形中心以北的位置; 3) 源区多年的平均形态和分布随季节变化, 夏秋季(7月和10月)偏南和西南方向的源区范围扩大; 4) 根据局地风向频率来判断污染物来源方向是不可靠的, 印痕模式包含污染物累积等过程和机制, 可以获得合理的污染物源区; 5) 实际重污染过程与其平均印痕的关系显示, 西南方向从石家庄到北京, 再往东到唐山这一宽阔山前弧形地带是影响北京大气的最重要污染物源区。

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5. 全国低风速气象特征分析

郭梦婷, 蔡旭晖, 宋宇

北京大学学报（自然科学版） 2016, 52 (2): 219-226. DOI: 10.13209/j.0479-8023.2015.116

摘要（1061）

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PDF（pc）（944KB）（825）

利用1985—2014年NCDC数据库345个地面站的气象资料, 统计全国低风速条件的日变化、月际变化、年际变化和持续性等基本特征, 分析低风速频率空间分布的规律和季节变化。选取哈尔滨、乌鲁木齐、北京和成都4 个代表城市, 分析不同地区低风速条件的特征和年际变化情况。结果表明: 1) 30年间, 全国低风速频率约为40%, 其中哈尔滨低至25%, 成都高达60%; 2) 低风速出现频率表现为夜间高、白天低的特征; 3) 全国从9月至次年1月, 低风速状况出现频繁, 之后不断减少, 春季4月达到最低, 哈尔滨秋季的低风速频率最高, 其他3 个代表城市皆是秋冬季的低风速频率最高; 4) 全国持续3个小时(及以上)的低风速状况出现概率为36%, 其中成都地区的低风速持续性高, 持续12小时(及以上)的概率达到20%; 5) 全国低风速频率的总体空间分布是南方高北方低, 内陆高沿海低, 分布的范围和频率随季节变化; 6) 哈尔滨的低风速频率有明显增加趋势, 其他3个代表城市的长期变化趋势不明显。

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6. 广东省小风气象特征分析

郭梦婷;蔡旭晖;何启超

北京大学学报（自然科学版） 2015, 51 (5): 821-828.

摘要（787）

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7. 淮河流域重点城市大气污染源区特征的印痕分析

徐春萌;蔡旭晖;宋宇

北京大学学报（自然科学版） 2015, 51 (5): 812-820.

摘要（669）

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8. 珠江三角洲区域大气扩散和输送特征诊断分析

何启超,蔡旭晖,宋宇,胡敏

北京大学学报（自然科学版）

摘要（733）

PDF（pc）（3866KB）（304）

为了深入研究珠江三角洲区域大气扩散和输送特征, 利用2006年珠江三角洲地区460个地面自动气象站的全年逐时气象数据和探空资料, 对自动气象站资料进行质量控制并整理, 使用Calmet模式诊断出逐时气象场。利用逐时风场和72小时轨迹, 对该地区的扩散类型进行分类(系统大风型、弱背景影响型和局地环流型), 并依此对该地区的流动状况进行分析。还根据季节和分类结果对扩散路径进行简单的分类, 并依此研究珠江三角洲地区的大气输送路径以及影响范围。分析结果表明: 珠江三角洲地区大气输送特征具有明显的季风性以及海陆风特征; 该地区春季和冬季的大气输送和扩散能力较好, 夏季次之, 秋季最差; 大气输送轨迹随季节变化明显, 并且在不同的扩散类型之间有显著的差异。

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9. 海南岛地区大气边界层高度的时空变化特征

张振州,蔡旭晖,宋宇,康凌,黄昕,李沁怡

北京大学学报（自然科学版）

摘要（978）

PDF（pc）（1032KB）（669）

利用WRF模式模拟分析海南岛及其邻近海区的大气边界层高度时空变化特征。结果表明, 海南岛春夏季北部开阔地区平均边界层较高, 约500~600 m; 秋冬季海岛的西北?东?东南沿岸的半环绕地带平均边界层较高, 约500~700 m; 岛内中南部山区平均边界层高度较低且季节变化不大, 数值约200~500 m。各季盛行风向及海风发展因素与平均边界层的空间分布之间有良好的对应关系。海岛周边海区秋冬季平均边界层高度约500~800 m, 春夏季约100~500 m, 呈秋冬季高、春夏季低的季节变化特征。岛内边界层高度最大值出现在春夏季, 可达1800 m以上; 沿岸地区边界层高度最大值出现在秋冬季, 约1300~1500 m。海南岛岛内区域具有典型的陆面大气边界层日变化规律; 沿海地带受盛行风向的影响, 向岸流和离岸流时边界层日变化分别表现为海洋性和陆地性的特点。

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10. CALPUFF在复杂地形条件下的近场大气扩散模拟研究

朱好,张宏升,蔡旭晖,李凤菊,刘新建

北京大学学报（自然科学版）

摘要（696）

PDF（pc）（1843KB）（478）

利用在湖南省丘陵河谷地区开展的高时空分辨率大气扩散综合实验资料, 研究美国国家环保局(USEPA)推荐的导则模式CALPUFF (California Puff Model)在复杂地形条件下近场应用的适用性。采用不同时间分辨率的诊断风场和不同扩散参数计算方案, 模拟不同气象条件下的近场地面浓度分布。通过与示踪实验实测采样浓度对比分析, 得到: 采用实测湍流廓线资料计算扩散参数能够较好地模拟近场浓度分布; 将实测湍流速度标准差与稳定度参数的拟合关系替代CALPUFF默认的湍流参数化方案, 能够改进默认相似性理论方案的模拟结果; 风速较大、风向稳定时, 模拟结果对风场的时间分辨率和扩散参数计算方案的敏感性较弱; 风速较小、风向多变时, 需采用逐10 min风场模拟地面浓度场分布, 且实测湍流方案模拟结果相较于相似性理论方案模拟值偏大, 并更接近实测值。总之, 采用逐时风场和实测湍流方案, 或逐10 min风场和修正后的相似性理论方案的CALPUFF模式能较好地模拟研究区域复杂地形的近场峰值浓度。

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11. 冷却塔对大气扩散影响的数值模拟

蔡旭晖,刘晓,康凌,刘新建

北京大学学报（自然科学版）

摘要（647）

PDF（pc）（1045KB）（436）

利用计算流体力学模型Fluent, 模拟多个冷却塔对大气流动和湍流场的作用, 用拉格朗日随机粒子模式进一步模拟其大气扩散影响。针对一个内陆核电厂的设计方案进行模拟, 共有4个冷却塔和4个常规烟囱排放口。取当地典型风速1.5 m/s和中性边界层条件模拟ESE, SSE和SW这3个方向来流的塔体扰动情况。对应各风向各取2个排放位置进行扩散模拟并计算扩散参数。结果显示, 在扰动最小的风向条件下, 冷却塔几乎对扩散没有影响, 扰动严重时水平和垂直扩散参数可分别增大2个和1个稳定度级别, 这种影响在1 km之内最为明显。

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12. 珠三角地区荔枝林挥发性有机化合物通量的观测研究

高祥,张宏升,蔡旭晖,宋宇,康凌

北京大学学报（自然科学版）

摘要（631）

PDF（pc）（652KB）（456）

利用2008年7月和2009年2?3月在珠三角地区开展的挥发性有机化合物(VOCs)和微气象学综合实验观测资料, 分别应用近地面层通量廓线关系法和松弛涡旋累积法(REA)计算了荔枝林下垫面VOCs冠层尺度通量。结果表明: 荔枝林的主要生物挥发性有机化合物(BVOCs)排放为异戊二烯, 其排放有着明显的季节变化和日变化。荔枝林生长季白天的典型异戊二烯通量为0.932 nmol/(m2?s), 非生长季植物排放不显著。该结果为使用微气象学方法获取VOCs通量提供了借鉴。

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13. 中国近海海面风场的分类

石慧,蔡旭晖,宋宇

北京大学学报（自然科学版）

摘要（1021）

为系统研究中国近岸海域海面风的统计特征, 利用聚类分析方法实现了风区域划分和风场的自动分类, 得到4个风区域, 共31个风场类型。风区域反映了中国近海海域风速的区域相关性。风场类型很好地识别出各海区季风典型场, 以及反映海区常见天气系统的特征风场。一些处于冬夏季风过渡时期和可在全年出现的特定风场类型也被识别出来。风场类型除了对平均风速有影响外, 对其他气象要素包括温度、湿度, 也有显著性影响。对各个风场类型的出现频率、时间分布、平均风速和风向分布等特征量的全面分析, 揭示了中国近岸海域海面风场的统计特征。

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14. 福建漳州沿海大气扩散特性的数值分析与模拟

康凌,蔡旭晖,王志远,陈家宜,姚仁太

北京大学学报（自然科学版）

摘要（706）

用福建漳州地区的实测气象资料, 结合风场诊断、轨迹分析和随机游走模拟方法, 分析漳州核电厂所在地小尺度( 40 km ×40 km) 范围内的大气扩散特性, 并与现场扩散示踪实验数据比较。结果表明, 该地区的扩散输送总体受天气系统和海陆风环流二因子影响。研究范围内的风场在水平方向的空间变化不大, 扩散烟流基本平直。海陆风环流因子所致的风场时间变化和风向摆动对当地扩散有重要意义。随机游走模拟方法较好地反映出当地大气扩散的定量特征, 但复杂地形与海岸气象条件的联合作用, 仍使模拟结果与示踪实验结果的统计比较显得离散。

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15. 复杂地形湍流观测特征及通量代表性分析

王雪,蔡旭晖,康凌,张宏升,陈家宜

北京大学学报（自然科学版）

摘要（619）

利用2006年湖南小墨山地区冬夏两个采样时段的湍流观测数据, 对当地湍流发展混合或扰动情况进行讨论。整体湍流特征量σ_{u, w}/u_*观测值与相似性函数计算值差别较大, 且与来流方向无明显关系, 表明当地湍流受扰动强、发展混合差。结合印痕计算进行的湍流通量观测空间代表性分析发现, 当地观测结果主要代表测点周边山地和平原两种地形的情况。冬季印痕主要分布于北方平原地区, 山地影响平均仅为 21%, 而夏季的印痕源区主要为南方的山地, 约占54%。

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16. 华中丘陵地带塔层湍流通量的观测分析

王雪,蔡旭晖,康凌,张宏升,宋宇,陈家宜

北京大学学报（自然科学版）

摘要（583）

利用2006年湖南小墨山地区的塔层数据和湍流数据, 分析了该地区风速风向的年变化以及冬夏两季风温廓线的日变化规律, 利用传统近地层通量廓线关系得出了感热通量计算值, 并将其与感热通量测量值进行了对比, 对经典近地层相似性理论在非均匀下垫面上的应用进行了初步探讨。研究发现小墨山地区的复杂地形对粗糙度、感热通量的计算有重要影响, 需要将来流分成不同方向分别讨论。由于北部平原南部山地的影响, 偏南风时粗糙度z₀ 大于偏北风。而对夏季感热通量的分析表明, 感热通量的计算主要受到山体的影响。北风时测点位于迎风坡, 计算值系统偏大, 东南风时对应背风坡的情况, 计算值系统偏小, 西南风与山体走向大体平行, 计算值与测量值近似相等; 将有偏差的计算值进行修正后, 结果得到了明显改善。

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17. 复杂地形大气污染物传输和扩散的高分辨率模拟

魏杰,宋宇,蔡旭晖

北京大学学报（自然科学版）

摘要（698）

使用一套耦合的模式系统模拟了浙江三门海岸复杂地形示踪试验的扩散过程。模式由风场诊断模式Calmet和拉格朗日随机游走扩散模式RPPM组成，Calmet提供高分辨率风场，RPPM计算地面浓度用以和实际观测值比较。在每次实验中，示踪物浓度在取样点处测得，所有的取样点分布在几条弧线上以便捕捉到烟流主体。由两种方法得到的地面浓度比较表明，这套模式系统较好地模拟了烟流的轨迹和地表浓度分布。

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18. 北京市大气静稳型重污染的印痕分析

蔡旭晖,丑景垚,宋宇,游春华

北京大学学报（自然科学版）

摘要（597）

2004年10月1-10日，北京出现了一次典型的大气静稳型重污染过程。利用印痕(footprint)分析方法，结合主要污染物PM10的逐时浓度监测数据，对这次静稳型重污染过程及其影响源地进行分析。结果表明： 1 重污染过程中PM10浓度的日变化特征有明显改变，下午和晚上出现高浓度； 2 北京地区PM10浓度的水平分布总体呈“南高北低”形势； 3 重污染发展阶段伴随着印痕分布区域不断朝偏西南方向延伸的过程，延伸区域达100～200 km，反映西南方向源区对这次重污染的明显贡献。

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19. 大孔径闪烁仪湍流通量印痕模型的建立与应用

彭谷亮,蔡旭晖,刘绍民

北京大学学报（自然科学版）

摘要（678）

针对近年兴起的适用于大范围区域平均通量观测的大孔径闪烁仪 (LAS)，建立了一个基于欧拉分析方法的LAS印痕模型，用于对LAS测量数据的印痕分析和质量控制。作者介绍模式的建立方法并对模式的输入参数进行了讨论。另外，应用LAS印痕模式来分析2005年小汤山非均匀下垫面的观测实验数据，并与涡动相关数据进行线性回归分析，获得较好的相关性。结果显示该 LAS印痕模型在观测数据的分析中有很大的实用价值，适用于非均匀下垫面的研究。

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20. 京津地区夏季大气局地环流背景研究

游春华,蔡旭晖,宋宇,郭虎

北京大学学报（自然科学版）

摘要（650）

用非静力平衡的中尺度模式ARPS 5.0IHOP5，模拟京津地区夏季边界层大气的背景流场，同时用风场诊断模式和实际观测资料获取该地区2004年夏季1个月（8月）的逐时低层大气流场，作为模拟结果的比对。通过对模拟流场的分析，得出以下结论：京津地区夏季受昼夜循环的山谷风、海陆风影响明显，山谷风的最大影响范围可以覆盖区域内的平原地区，海陆风的影响可以伸展入陆地100km左右。在这两个环流的影响下，区域内主导风向出现更替，下午至上半夜主导风向为偏南风，下半夜至上午为偏北风。凌晨风向更替过程中可以在山前出现一条汇聚带。

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21. 非均匀地表的湍流通量和掺混高度

周成,陈家宜,蔡旭晖

北京大学学报（自然科学版）

摘要（753）

叙述了掺混高度的概念及运用。利用大涡模拟作为手段，研究了地表平坦但地表热通量非均匀情况下的掺混高度。考察了地表热通量非均匀性尺度、风速以及非均匀性强度对掺混高度的影响，发现掺混高度是否存在以及高度受非均匀尺度和风速大小的影响非常明显，受非均匀性强度的影响不明显。若规定掺混高度出现在垂直湍流热通量水平涨落的标准差减为地表感热通量标准差5％的高度，这时掺混高度可以拟合为：Z_b = 1/C_wm * w'θ'_sfc/Θ₀ * L^a_hetero/U^b，其中a=1.266，b=0.854，C_wm=3.205×10^-3。

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22. 北京市秋季大气边界层结构与特征分析

张鑫,蔡旭晖,柴发合

北京大学学报（自然科学版）

摘要（784）

利用2000年9—10月北京市西部城、郊3个站点的探空资料，分析该地区秋季边界层高度的平均变化规律，探讨边界层内温度、风向、风速的廓线性质和结构特征，了解其时空变化和差异。结果表明，北京市秋季白天边界层最大高度平均约1km，夜间稳定层高度在200～400m之间。晴朗天气里，白天城区边界层温度高于郊区，反映出城市热岛的作用，夜间热岛现象不明显。较低的边界层高度和其顶部经常维持的强稳定层(强逆位温层)阻断上下层流动的关联，有利于近地面大气维持静稳状态和该季节雾、霾天气的出现。夜间约400m以下气层的流动大体分为3种形态，即整层小风型、低空急流型和贴地风速极大型。温度层结与夜间流动结构有密切对应关系。

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23. 稳定近地面层Monin-Obukhov长度的解析解

郭晓峰,蔡旭晖,辛国君

北京大学学报（自然科学版）

摘要（1833）

将空气动力学方法迭代求解Monin-Obukhov（M-O）长度的过程，转化为非线性理论中求解映射不动点的问题，获得稳定近地面层M-O长度的解析解。求解过程中采用了Dyer归纳的通量廓线关系的无量纲函数形式，并给出解析解的适用范围是Richardson数（Ri）小于0.2。通过对中国夏、冬两季各2种典型稳定层结条件算例的计算，验证了解析解与迭代解的一致性。根据非线性科学中关于映射不动点稳定性的理论，讨论了迭代算法的收敛性，表明迭代算法在理论上可以收敛到解析解，但在 Ri 接近0.2时误差较大。

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24. 沙尘重粒子在对流边界层中的扩散模拟

蔡旭晖,陈家宜

北京大学学报（自然科学版）

摘要（827）

用拉格朗日随机模式(Lagrangian Stochastic Model)结合大涡模拟所得对流边界层三维湍流场的时间序列，研究沙尘类重粒子在大气中的扩散特性。对地转驱动风速为0、2、4 m·s^-1的对流边界层情况和重粒子落速为0.2、0.4、0.6 m·s^-1的情况（对应沙尘粒子直径约53、80和104μm）分别进行模拟，并与被动粒子扩散的情况进行比较。模拟的被动扩散情况与水槽实验及前人的数值研究结果相符甚好。对重粒子扩散的模拟结果显示了2方面的内容。一方面，较小的颗粒（53μm）在边界层中的扩散特征与被动扩散接近，较大的颗粒（104μm）则不易扩散到边界层上层，这与经验直观的情况相符。另一方面，若保持其他条件相同，较强的平均风有利于较重的粒子在边界层中的沉降，这一结果有待观测验证。

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25. 北京地区大气污染物时空分布及累积效应分析

张睿,蔡旭晖,宋宇

北京大学学报（自然科学版）

摘要（591）

用1999年和2000年的监测资料结合随机游走大气扩散模式分析北京地区PM₁₀和SO₂浓度的时空变化、城区污染排放对整个区域的作用和影响、以及污染物在区域内的累积效应。结果表明：(1) 北京地区污染物浓度具有以城区为中心的空间分布特点和季、日变化规律。(2) 城区和清洁对照点的污染物浓度平均日变化具有显著差异，城区基本呈双峰分布，清洁对照点定陵则基本为单峰分布。(3) 由扩散模拟的情况对定陵站的监测浓度进行条件性统计分析，结果明确反映了城区污染扩散对定陵站浓度的影响。(4) 北京冬季从城区排放的污染物在当地累积的情况明显，累积的时间周期大致为2～5d；输送扩散因子在污染物局地累积的过程中起着关键性的作用。

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26. 从不稳定到近中性大气边界层的大涡模拟

蔡旭晖,陈家宜

北京大学学报（自然科学版）

摘要（914）

用大涡模拟方法对不稳定到近中性层结的大气边界层情况进行模拟。模拟条件为：地面运动学热通量0.0001～0.2 K·m·s^-1、地转驱动风速0～15 m·s^-1，对应的无因次稳定度参数 - z/L 为0.0062～368。模拟结果显示，大气边界层直到 - z/L＝0.668的近中性情况，其热通量和动量通量等仍保留着典型对流边界层的基本特征，可由模式较好地求解，且在近地面与观测结果相符较好。对更接近中性的情况，模式分辨率限制了对边界层湍流特性的求解。在大风、弱不稳定边界层条件下模拟发现有滚动涡现象出现，其稳定度范围大致对应- z/L 的取值0.668～24.6。

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27. 北京地区大气中尺度扩散模态和时间特征分析

郭昱,蔡旭晖,刘辉志, 陈家宜

北京大学学报（自然科学版）

摘要（709）

用随机游走大气扩散模式和1981年的历史气象观测资料，研究北京地区中尺度扩散的历史背景状态。由示踪物从北京城区连续排放条件的模拟结果，分析各季平均浓度的空间分布和示踪物在模式区域输送扩散的时间尺度。结果表明，冬季示踪物偏南、夏季偏西北的输送明显；春季扩散影响范围最小、秋季最大。示踪物从200km×200km模式区域输出的平均时间(去除时间)明显分为冬春季和夏秋季两组，前者较小，平均在20h以下，后者较大，平均约30h。不同去除时间出现的频率分布是非对称的，在长去除时间一侧，出现频率下降缓慢，显示污染物有在该区域内长时间滞留的可能。

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28. 不稳定近地面层湍流的大涡模拟

蔡旭晖,谢飞钦,陈家宜

北京大学学报（自然科学版）

摘要（649）

采用加密网格的大涡模式获取边界层风、温场的高分辨率模拟结果，并据以分析近地面层大气的湍流特性。结果表明，较小的网格尺度使次网格湍流贡献率大为降低，模式计算结果对次网格参数的依赖性减小，边界层整体特征得到更好的反映。同时，模拟出的近地面层通量廓线关系及湍流速度特征与实际观测结果吻合甚好，表明模式具有反映近地面层平均运动和湍流特性的能力。

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29. 北京地区低层大气流动模态研究

蔡旭晖,郭昱,刘辉志,陈家宜

北京大学学报（自然科学版）

摘要（661）

用风场诊断方法和实际观测资料对北京地区低层大气的背景流动情况进行分析，获取当地流动时空演变的总体型式或模态。所获初步结果表明，该地区大气流动总体分为秋冬型和春夏型。秋冬型更多受强天气系统的影响，春夏型则更多表现出局地中尺度热力环流特征。中尺度环流是该地区低层大气流动的基本模态，春夏季和秋冬季弱系统条件下的区域流动大体按这种模态演变。秋冬季大风天气的流动受地形的动力扰动作用明显，扰动表现为水平涡旋形态，其影响范围包括北京城区及西北部山地。

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30. 平坦非均匀地面对流边界层的准定常态

蔡旭晖,陈家宜

北京大学学报（自然科学版）

摘要（617）

用大涡模拟方法研究对流边界层大气对非均匀地面条件的适应性。研究限于无风、平坦地形条件，地面热通量在一个水平方向作非均匀变化；平均地面热通量为0.15K·ms^-1、非均匀性变化幅度为0.05K·ms^-1；地面非均匀性的尺度在20km之内。模拟结果表明，在充分长的时间后，边界层达到一种适合于地面条件的准定常态。这种准定常态和向其过渡的过程中，水平平均的边界层廓线性质，如平均位温廓线、垂直热通量廓线等几乎与平坦均匀地面的结果相同，或差异极小。地面非均匀性的主要作用是使边界层动能增大，并以地面非均匀性变化方向的动能增加为主。边界层动能以一种振荡衰减的形式向其准定常态过渡。可以引入边界层平均动能达到其第1个峰值所需的时间t_c和准定常态无因次动能E_eq为这一过渡过程的2个特征量。此2个特征量与地面非均匀性尺度的定性关系是，非均匀性尺度越大，过渡时间t_c越长，达到的准定常态无因次动能E_eq也越大。

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