大气边界层和大气环境研究进展

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1、第27卷第4期大气科学Vol.27N0.42003年7月ChineseJournalofAtmospherieSeieneesJuly2003大气边界层和大气环境研究进展‘胡非洪钟祥雷孝恩,(中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室北京10。。29)摘,要大气边界层物理和大气环境是大气科学的重要领域中国科学院大气物理研究所自成立以来在这一研究领域取得了丰硕的成果。作者重点介绍最近十多年来在大气边界层探测、大气边界层结构特征、大气湍流理论、城市和区域大气污染预测预报模式研究等方面取得,。的重要进展并对大气边界层

2、和大气环境研究的未来发展作了展望:;;关键词大气边界层大气湍流大气环境l引言,离地面1一2km左右的大气边界层是人类生活和生产活动的主要空间地气之间相互作用以及大气污染主要是发生在这里。由于大气边界层中的流体运动几乎总是处,。于湍流状态所以湍流自然成为大气边界层物理研究的基础问题大气边界层和大气,。湍流研究历史悠久从上个世纪算起已有近百年的发展历程大气边界层的理论是以,。湍流理论为基础湍流理论发展到一定程度才得以有大气边界层理论的出现另一方,、、面人类活动引起的生态失衡环境恶化以及气候变化和天气气候异常等无一不是与大气边界层中发生

3、的物理过程、化学过程和生态过程等密切相关,因此大气边界层物理是一门基础性和实用性都非常强的学科。为了了解大气圈与海洋、岩石圈、生物,圈和冰雪圈的相互作用机理并建立合理的数学模型来研究地球气候环境系统变化的,。,、规律和进行预测就必须对大气边界层有非常深人的了解同样为了保护生态环境研究大气污染的机理和开展大气污染预报、保障地面交通和航空安全等,也都有赖于大气边界层的研究。可以说,大气边界层物理研究始终是大气科学最活跃、最重要的一个分支。,自上世纪50年代以来中国科学院大气物理研究所(简称大气物理所)在大气边,。界层和大气环境领域做了

4、大量的工作取得丰硕的成果并发表了大量的论著特别是自1993年在世界银行贷款支持下建立了大气边界层物理和大气化学国家重点实验室,‘,,:(IAPC)〔习以来综合观测系统建设和研究工作都有了很大的进展主要包括建立了、、包括325m气象塔边界层遥感雷达高性能超声风速仪和水汽脉动仪等在内的综合,、、观测系统开展了包括城市农村高原和极地等复杂下垫面边界层的实验和理论分,、,、析研究开展了陆面过程模式城市边界层模式和大涡模式的研究利用混沌动力学一一,一05一20030210收到200308收到修改稿关国家自然科学基金资助项目4023303。和

5、4。。3501。共同资助:4期胡非等大气边界层和大气环境研究进展,小波分析和水槽实验等开展了湍流的非线性动力学和湍流发生机理的研究建立了长距离污染物输送预报模式、沙尘预报模式和多尺度城市空气污染预报模式等。在较短,的篇幅中全面介绍所取得的成果比较困难由于以往的工作周明煌等阁和洪钟祥等川,。已经分别作过很好的总结因此本文扼要介绍近十多年来所取得的主要进展2大气边界层综合探测系统研制和观测实验、,、通过自行研制和引进开发大气物理所建成了以北京325m气象塔为中心的,‘,:[l,3〕3含多种测量设备的大气边界层综合探侧系统包括北京25m

6、气象塔全天候自,、、、动化观测系统可组网的野外观测系统(移动式铁塔系留气艇系留软塔GPS探,、、空)遥感探测系统(无线电测温声雷达相控阵测风声雷达测温测风廓线仪)和质量保证/质量控制系统等。同时,自行研制出新一代UAT一1型超声风速温度仪。整个,、、系统采用了当今计算机网络通讯技术的最新成果能确保获取实时同步多要素的,,。观测数据并可与各种形式的开放网络直接相连实现数据共享总体技术指标已达到国际上同类产品的先进水平。、、上述先进的观测系统已在北京市及周边地区观测实验青藏高原实验(Tl咒X)、、内蒙古草原实验(INGRASS)淮河流

7、域实验(HUBEX)以及西太平洋和北极等观测实验中得到成功的应用。1998年为酒泉卫星发射中心研制的塔高80m、分7个层次,“”的近地层风测量系统在我国第一艘载人航天试验飞船神舟号的成功发射过程中提供了实时、准确的边界层气象保障。,在完成科研项目和为解决国家实际问题服务的课题中积累了大量宝贵的科学实验数据。特别是北京325m气象塔从20世纪70年代末期以来已经连续进行了20多年的观测。对该塔测量的资料进行了整编、分析和质量控制,从中选择代表春、夏、秋、,,冬四季的资料编成《中国科学院北京气象塔观测资料集》在国内外得到广泛应用该。2

8、,资料集还被世界实验室收藏从。。。年开始为适应城市边界层和城市环境研究的需,、,要在325m气象塔47m12om和280m高度上还增加了三层超声风速仪日常观测迄今为止获得了极具价值的湍流脉动连续观测资料。,,同时在大气物理所野外实验站(河北省香河县