兴山县平邑口边界层风场和温度场特征研究

李成飞，毛成忠

（湖北省宜昌市气象局，湖北 宜昌443000）

1 气象资料的获取

在平邑口设置一个高空探测站、一个地面观测中心站和一个地面观测子站。高空探测站和地面观测中心站位于一办公楼顶平台上（海拔190m，31°11′N、110°45′E），地面观测子站位于河谷西部一厂房平台上，海拔高度与中心站相当。

高空探测站承担1500m以下温度场、风场等探测。低空温度、风场探测时段为2005年2月24日～3月11日，每天07时15分和19时15分探测两次。

地面观测中心站承担地面风、温度、湿度、云量、气压等要素观测；地面观测子站承担风向、风速连续自动不间断观测。两个地面气象观测站观测时段为2005年2月19日至3月20日。风向、风速为每天连续观测，温度、气压、湿度在每天08、14、20时定时观测3次。

2 平邑口边界层风场和温度场特征

利用兴山县平邑口高空观测站2005年2月24日至3月11日每天两次（08时、20时）的观测资料，分析平邑口1500m以下的风场和温度场各种特征；同时，利用平邑口地面观测点的地面观测资料，分析当地混合层状况。

2.1 风场特征

2.1.1 风向

（1）风向随高度的变化。表1为各高度的风向频率，可见，探测期间，地面静风频率较高，为65%，山风（WNW）、谷风（偏东风E、SE）出现频率分别为20%和15%。

（2）风速随高度的变化。表2为风速的时空变化。可见1000m以下，20时的平均风速一般大于08时的平均风速，500m以下各高度各时次的风速平均值在2.0m／s以内，而600m以上则大于2.0m／s。

经分析低空风速变化（图1）可以发现，风速与高度符合幂指数关系的仅仅出现在50m以内，50～400m之间变化复杂，但风速均不大，400～750m多数类型呈线性特征。

表1 各高度的风向频率 %

表2 风速的时空变化

风廓线特征如下：除D类外，50m内VZ＝V10（Z／10）P，其中E类P＝0.25，F类P＝0.35。100～350m内，D、E类风速较为稳定。450～750m，D、E类风速随高度呈线性变化特征：

D类：VZ＝V50＋0.008（Z－400）；

E类：VZ＝V50＋0.004（Z－400）＝V10（50／10）P＋0.004（Z－400）。在750m左右，各类稳定度下风速均出现极大值。F类风速在200m以下变化较小，200～750m内变化较大。

图1 各类稳定度下的平均风速廓线

表3为各高度各风速段出现频率。可见：600m以下各高度的风速一般在3.0m／s以下；小风（风速＜1.0m／s）主要出现在250m以下各高度，出现频率较高为35%～40%；地面风速＜1.0m／s的频率高达65%。

表3 各高度各风速段出现频率 %

总体来讲，1500m以下出现频率最高的风速段为1.0～5.9m／s，较小风出现频率高。

表4 各高度层温度值

2.2 温度场特征

2.2.1 平均温度的垂直分布

表4为各高度平均温度的分布。从表中可以看出，边界层内高度每升高100m，平均温度降低0.44℃。

2.2.2 逆温出现的频率

表5是观测期间逆温出现的频率情况，可见：逆温出现的频率为80%，其中接地逆温频率为65%，低悬逆温频率为15%。

表5 逆温出现频率 %

2.2.3 逆温的厚度和底高

如表6所示，接地逆温平均厚度都在440m以上。

表6 各层逆温平均厚度 m

低悬逆温的平均厚度都在300m以上，平均底高都在510m以上（表7）。

表7 低悬逆温平均底高 m

2.2.4 逆温平均强度

以气温垂直率来衡量逆温的强度，表8为各类逆温平均强度表：接地逆温的平均强度为0.43℃／100m，低悬逆温的平均强度为0.40℃／100m。

表8 各类逆温平均强度 ℃／100m

接地逆温的强度极大值为1.58℃／100m，低悬逆温的强度极大值为0.63℃／100m（表9）。

表9 各类逆温强度极大值 ℃／100m

2.3 混合层高度

依据中华人民共和国国家标准GB／T13201－91《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》中的推荐，利用平邑口地面观测中心站和子站的资料，计算出各稳定度下平均混合层高度。其结果如表10。日混合层最大高度为1059m，相对应的大气稳定度为C类。

表10 各稳定度下平均混合层高度计算值（2月20日～3月19日） m

3 基本结论

3.1 风向、风速的垂直变化

地面静风频率较高，为65%；50～150m以偏西风为主；200～350m以SE风为主；400～1000m以偏北风为主；1100～1500m以偏SW为主。

近地面以小风（风速小于1.0m／s）为主；50～600m风速集中在1.0～2.9m／s；600m 以上风速大多为3.0～5.9m／s。

平邑口风速随高度的变化极为复杂，由于周围山势较低，400m左右较明显的受大型山谷风和梯度风的影响，风速与高度符合幂指数关系的仅仅出现在50m以内，其风速公式为：

VZ＝V10（Z／10）P（E类P＝0.25，F类P＝0.35）。

3.2 温度的垂直变化

边界层内，温度垂直平均递减率为0.44℃／100m。逆温出现的频率为80%，其中接地逆温频率为65%，低悬逆温频率为15%。

接地逆温平均厚度都在440m以上，平均强度为0.43℃／100m（极大值为1.58℃／100m）；低悬逆温的平均厚度都在300m以上，平均强度为0.40℃／100m（极大值为0.63℃／100m）。

混合层高度在D、E、F类稳定度下为200m以下，A－B、B、C类稳定度下为400m以上。日混合层最大高度为1059m，相对应的大气稳定度为C类。

［1］ 中国气象局.地面气象观测规范［S］.北京：气象出版社，2003.

［2］ 中国气象局.高空气象观测手册［R］.北京：气象出版社，1976.

［3］ 黄荣辉.大气科学概论［M］.北京：气象出版社，2005.

［4］ 国家环境保护局.环境影响评价技术导则 大气环境HJ／T2.2－93［S］.北京：国家环境保护局，1993.

［5］ 国家技术监督局，国家环境保护局.制定地方大气污染物排放标准的技术方法GB／T13201－91［S］.北京：国家技术监督局，国家环境保护局，1991.