興山縣平邑口邊界層風場和溫度場特征研究

李成飛，毛成忠

（湖北省宜昌市氣象局，湖北 宜昌443000）

1 氣象資料的獲取

在平邑口設置一個高空探測站、一個地面觀測中心站和一個地面觀測子站。高空探測站和地面觀測中心站位于一辦公樓頂平臺上（海拔190m，31°11′N、110°45′E），地面觀測子站位于河谷西部一廠房平臺上，海拔高度與中心站相當。

高空探測站承擔1500m以下溫度場、風場等探測。低空溫度、風場探測時段為2005年2月24日～3月11日，每天07時15分和19時15分探測兩次。

地面觀測中心站承擔地面風、溫度、濕度、云量、氣壓等要素觀測；地面觀測子站承擔風向、風速連續自動不間斷觀測。兩個地面氣象觀測站觀測時段為2005年2月19日至3月20日。風向、風速為每天連續觀測，溫度、氣壓、濕度在每天08、14、20時定時觀測3次。

2 平邑口邊界層風場和溫度場特征

利用興山縣平邑口高空觀測站2005年2月24日至3月11日每天兩次（08時、20時）的觀測資料，分析平邑口1500m以下的風場和溫度場各種特征；同時，利用平邑口地面觀測點的地面觀測資料，分析當地混合層狀況。

2.1 風場特征

2.1.1 風向

（1）風向隨高度的變化。表1為各高度的風向頻率，可見，探測期間，地面靜風頻率較高，為65%，山風（WNW）、谷風（偏東風E、SE）出現頻率分別為20%和15%。

（2）風速隨高度的變化。表2為風速的時空變化。可見1000m以下，20時的平均風速一般大于08時的平均風速，500m以下各高度各時次的風速平均值在2.0m／s以內，而600m以上則大于2.0m／s。

經分析低空風速變化（圖1）可以發現，風速與高度符合冪指數關系的僅僅出現在50m以內，50～400m之間變化復雜，但風速均不大，400～750m多數類型呈線性特征。

表1 各高度的風向頻率 %

表2 風速的時空變化

風廓線特征如下：除D類外，50m內VZ＝V10（Z／10）P，其中E類P＝0.25，F類P＝0.35。100～350m內，D、E類風速較為穩定。450～750m，D、E類風速隨高度呈線性變化特征：

D類：VZ＝V50＋0.008（Z－400）；

E類：VZ＝V50＋0.004（Z－400）＝V10（50／10）P＋0.004（Z－400）。在750m左右，各類穩定度下風速均出現極大值。F類風速在200m以下變化較小，200～750m內變化較大。

圖1 各類穩定度下的平均風速廓線

表3為各高度各風速段出現頻率。可見：600m以下各高度的風速一般在3.0m／s以下；小風（風速＜1.0m／s）主要出現在250m以下各高度，出現頻率較高為35%～40%；地面風速＜1.0m／s的頻率高達65%。

表3 各高度各風速段出現頻率 %

總體來講，1500m以下出現頻率最高的風速段為1.0～5.9m／s，較小風出現頻率高。

表4 各高度層溫度值

2.2 溫度場特征

2.2.1 平均溫度的垂直分布

表4為各高度平均溫度的分布。從表中可以看出，邊界層內高度每升高100m，平均溫度降低0.44℃。

2.2.2 逆溫出現的頻率

表5是觀測期間逆溫出現的頻率情況，可見：逆溫出現的頻率為80%，其中接地逆溫頻率為65%，低懸逆溫頻率為15%。

表5 逆溫出現頻率 %

2.2.3 逆溫的厚度和底高

如表6所示，接地逆溫平均厚度都在440m以上。

表6 各層逆溫平均厚度 m

低懸逆溫的平均厚度都在300m以上，平均底高都在510m以上（表7）。

表7 低懸逆溫平均底高 m

2.2.4 逆溫平均強度

以氣溫垂直率來衡量逆溫的強度，表8為各類逆溫平均強度表：接地逆溫的平均強度為0.43℃／100m，低懸逆溫的平均強度為0.40℃／100m。

表8 各類逆溫平均強度 ℃／100m

接地逆溫的強度極大值為1.58℃／100m，低懸逆溫的強度極大值為0.63℃／100m（表9）。

表9 各類逆溫強度極大值 ℃／100m

2.3 混合層高度

依據中華人民共和國國家標準GB／T13201－91《制定地方大氣污染物排放標準的技術方法》中的推薦，利用平邑口地面觀測中心站和子站的資料，計算出各穩定度下平均混合層高度。其結果如表10。日混合層最大高度為1059m，相對應的大氣穩定度為C類。

表10 各穩定度下平均混合層高度計算值（2月20日～3月19日） m

3 基本結論

3.1 風向、風速的垂直變化

地面靜風頻率較高，為65%；50～150m以偏西風為主；200～350m以SE風為主；400～1000m以偏北風為主；1100～1500m以偏SW為主。

近地面以小風（風速小于1.0m／s）為主；50～600m風速集中在1.0～2.9m／s；600m 以上風速大多為3.0～5.9m／s。

平邑口風速隨高度的變化極為復雜，由于周圍山勢較低，400m左右較明顯的受大型山谷風和梯度風的影響，風速與高度符合冪指數關系的僅僅出現在50m以內，其風速公式為：

VZ＝V10（Z／10）P（E類P＝0.25，F類P＝0.35）。

3.2 溫度的垂直變化

邊界層內，溫度垂直平均遞減率為0.44℃／100m。逆溫出現的頻率為80%，其中接地逆溫頻率為65%，低懸逆溫頻率為15%。

接地逆溫平均厚度都在440m以上，平均強度為0.43℃／100m（極大值為1.58℃／100m）；低懸逆溫的平均厚度都在300m以上，平均強度為0.40℃／100m（極大值為0.63℃／100m）。

混合層高度在D、E、F類穩定度下為200m以下，A－B、B、C類穩定度下為400m以上。日混合層最大高度為1059m，相對應的大氣穩定度為C類。

［1］ 中國氣象局.地面氣象觀測規范［S］.北京：氣象出版社，2003.

［2］ 中國氣象局.高空氣象觀測手冊［R］.北京：氣象出版社，1976.

［3］ 黃榮輝.大氣科學概論［M］.北京：氣象出版社，2005.

［4］ 國家環境保護局.環境影響評價技術導則 大氣環境HJ／T2.2－93［S］.北京：國家環境保護局，1993.

［5］ 國家技術監督局，國家環境保護局.制定地方大氣污染物排放標準的技術方法GB／T13201－91［S］.北京：國家技術監督局，國家環境保護局，1991.