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广东大亚湾近地层气象梯度观测资料分析研究 专业名称：大气物理学与大气环境 申请人姓名：王蓉 导师姓名：范绍佳( 副教授) 摘要 大气边界层是影响大气扩散的重要因素之一，沿海地区由于海陆之间动力和热力差 异，边界层风温场的变化规律远比平原地区复杂。本文根据2 0 0 3 和2 0 0 4 年广东大亚湾 核电站厂址一个8 0 m 气象铁塔l o m 和8 0 m 的风向、风速、温度梯度资料和1 5 m 的相对 湿度资料，对近地层垂直温度梯度、稳定度、风随高度的变化和海陆风等进行统计分析 及研究。目的在于了解沿海地区近地层的气象特征，寻找最适合于沿海地区使用的稳定 度分类方法，加深对海陆风出现规律以及对风廓线的认识。 研究表明，大亚湾近地层气象要素有明显的日变化、月变化和年变化规律。对温差 法、理查逊数r i 法、风速比法、温度梯度一风速法4 种稳定度分类方法的分析研究表明， 大亚湾沿海地区大气稳定度分类以理查逊数r i 最合适，温差法和风速比法最差，结果无 法使用。推荐使用理查逊数r i 分类法。判断海陆风出现的风速分界指标，应考虑研究地 区的平均风速状况，以平均风速为分界指标得到的结果更合理。以持续时间3 个小时来 区分海陆风，则海陆风首次出现时间不合理。在沿海地区应重新定义海陆风持续时间的 判断标准。沿海地区风廓线比较复杂，至少有上下两层风向相同和上下两层风向相反这 两种情况，其原因是受到系统风、海陆风环流和热内边界层的共同影响。 关键词：近地层、风温特征，大气稳定度、海陆风、大亚湾 a n a l y s i so nt h es u r f a c el a y e rm e t e o r o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c s f r o mt h eo b s e r v e dd a t ao f8 0m e t e r t o w e r 。g u a n g d o n gd a y ab i n ( _ i u a n g d o n ga y ab a y m a j o r ：a t m o s p h e r i cp h y s i c sa n da t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n t n a m e ：w a n gr o n g s u p e r v i s o r ：f a ns h a o ji a ( a s s o c i a t ep r o f e s s o r ) a b s t r a c t t h ea t m o s p h e r i cb o u n d a r yl a y e ri so n eo ft h ei m p o r t a n tf a c t o r si n f l u e n c i n gt h e a t m o s p h e r i cd i f f u s i o n b e c a u s eo fh e a t i n gc a p a c i t y d i f f e r e n c eb e t w e e ns e aa n dl a n d ，t h e b o u n d a r yl a y e r sw i n da n dt e m p e r a t u r ef i e l di sf a rm o r ec o m p l e x i nc o a s t a la r e at h a nt h ep l a i n a r e a a c c o r d i n gt oa n8 0 mh i g hm e t e o r o l o g i c a lt o w e rs i t u a t e di ng u a n g d o n gd a y ab a y n u c l e a rp o w e rs t a t i o nf a c t o r y , t w oy e a r s ( 2 0 0 3t o2 0 0 4 ) d a t ai n c l u d e1 0 ma n d8 0 mw i n d d i r e c t i o n ，w i n ds p e e d ，t e m p e r a t u r eg r a d i e n ta n dr e l a t i v eh u m i d i t ya t 1 5 mw a su s e dt o a n a l y z et h es u r f a c el a y e rv e r t i c a lt e m p e r a t u r eg r a d i e n t ，s t a b i l i t y , s e a - l a n db r e e z e ，w i n dp r o f i l e i nt h i sp a p e r t h em e t e o r o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c si nc o a s t a la r e as u r f a c el a y e r , t h ec a t e g o r i z e d m e t h o d so fs t a b i l i t yu s e di nc o a s t a la r e a ，t h es e a - l a n db r e e z ec h a r a c t e r i s t i c sw e r es t u d i e d i t w a sf o u n dt h a t ，t h ed a y ab a y ss u r f a c el a y e rm e t e o r o l o g i c a le l e m e n th a so b v i o u sd a i l y , m o n t h l y , a n da n n u a lv a r i a t i o n s b yc o m p a r e dt h et e m p e r a t u r eg r a d i e n t ，r i c h a r dn u m b e r , w i n ds p e e dr a t i o ，t h ec o m b i n eo ft e m p e r a t u r eg r a d i e n ta n dw i n ds p e e dr a t i om e t h o d s ，w e f o u n dt h a tt h er i c h a r dn u m b e ri ss u i t a b l et oc l a s s i f i e da t m o s p h e r es t a b i l i t ya tc o a s t a la r e a ，t h e t e m p e r a t u r eg r a d i e n ta n dw i n ds p e e dr a t i om e t h o d sa r ew o r s ta n dt h er e s u l tc a nn o tb eu s e t h es e a 1 a n db r e e z ej u d g m e n to fs y s t e mw i n ds p e e dn e e dt oc o n s i d e rt h el o c a la v e r a g ew i n d v e l o c i t yc o n d i t i o n ，t h er e s u l tb yu s i n gt h ea v e r a g ew i n dv e l o c i t yi sm o r er a t i o n a l b yu s i n g t h ej u d g m e n to f d i s t i n g u i s hd u r a t i o no f 3h o u r st os e a l a n db r e e z e ，i tw a sf o u n dt h a ts e a l a n d i i i b r e e z ef i r s ta p p e a r a n c et i m ei su n r e a s o n a b l e s o ，t h es e a - l a n db r e e z ej u d g m e n ts t a n d a r do f d a y ab a yc o a s t a la r e an e e d st om o d i f yl a t e r c o a s t a la r e aw i n dp r o f i l ei sc o m p l e x ，a tl e a s t h a st w ok i n d s ：w h e nt h es y s t e mw i n di ss t r o n g ，t h e1 0 ml o w e rl a y e ra n d8 0 mh i g hl a y e rh a v e t h es a m ew i n dd i r e c t i o n ；w h e nt h ew i n di sw e a k e r ，t h e1 0 ma n d8 0 ml a y e rw i n dd i r e c t i o ni s o p p o s i t e t h e s ed u e t oc o m b i n a t i v ee f f e c to fs y s t e mw i n d ，t h es e a - l a n db r e e z ec i r c u l a t i o na n d t h et h e r m a li n t e r n a lb o u n d a r yl a y e ri nc o a s t a la r e a k e yw o r d s ：s u r f a c el a y e rb o u n d a r y ，w i n da n dt e m p e r a t u r ec h a r a c t e r i s t i c s ，s t a b i l i t y , s e a l a n d b r e e z e ，d a y ab a y i v 中山大学硕士学位论文 广东大亚湾近地层气象梯度观测资料分析研究 第1 章引言 1 1 研究目的与意义 大气边界层是位于大气底部、受地面影响最大，与人类生活息息相关的低层大气， 它是大气与下垫面直接发生相互作用 的层次。由于人类的生命活动几乎都是发生在这一层次内，所以大气边界层的研究又与 工农业生产、环境保护等紧密相关。近年由于大量与大气运动有关的实际问题日益受到 重视，国内外许多非气象领域的科学工作者，尤其是力学工作者，也对大气边界层研究 产生了兴趣。在解决航空安全保障、高层建筑物设计、风能利用以及空气污染防治等问 题的过程中，人们需要对大气边界层的结构特征有深入的了解。此外，随着各种大气探 测技术和研究方法的不断改进，也是使大气边界层研究近年得到迅速发展的原因。 大气边界层是影响大气扩散的重要因素之一。近地层是大气边界层直接与地面接触 的最底层，厚度约5 0 - - 1 0 0 m ，其形成是大气与其下垫面相互作用的结果。近地层控制了 输送给大气的热流量和大尺度运动动能的耗散，在模式中引进反映大气边界层特别是近 地层内的各种过程，是数值预报发展的基础。 目前关于平原地区近地层的研究已较成熟，但关于沿海近地层的研究不多屹1 。改革 开放以来，我国经济发展的重心在沿海地区，许多大型建设项目，如核电站等都在沿海 地区建设。沿海地区由于海陆之间动力和热力差异，边界层风温场的变化规律远比平原 地区复杂。为适应沿海地区社会经济发展的需要，本文根据2 0 0 3 2 0 0 4 年广东大亚湾核 电站厂址一个8 0 m 铁塔的梯度资料，分析沿海地区近地层的特征。 广东大亚湾核电站是我国引进国外资金、设备和技术建设的第一座大型商用核电站， 总投资4 0 亿美元。1 9 9 4 年2 月1 日和5 月6 日两台机组先后投入商业营运。该站每年 发电量近1 5 0 亿千瓦时，七成电力供应香港，三成电力供应广东电网。通过核能发电， 使得广东和香港两地每年减少燃煤消耗6 0 0 万吨。大亚湾区位条件优越，海域宽阔，陆 域面积宽广，地质条件、环境良好；交通便利，距深汕高速公路不远，海上交通也十分 方便。图1 为广东大亚湾核电站的地理位置。 中山大学硕士学位论文广东大亚湾近地层气象梯度观测资料分析研究 图l 广东大亚湾核电站地理位置 本文主要利用2 0 0 3 年广东大亚湾核电站厂址气象铁塔1 0 m 和8 0 m 观测得到的近地 层梯度资料，重点分析厂址地区近地层风温场结构、稳定度性质和海陆风的演变过程。 本研究不仅可以丰富边界层理论，而且对沿海地区经济建设也有重要的应用价值。 1 2 国内外研究概况 由于观测实验和数据的获取较为方便，近地层的研究开展得比较早。早在1 9 2 0 年， 理查森就开始近地层湍流输送方面的研究陷1 ；随后，t a y l o r 、卡门、莫宁与奥布霍夫等人 的试验和理论研究成果，不断完善了近地层理论的体系。1 9 8 2 年，d y e r “1 等利用1 9 7 6 年澳大利亚国际湍流对比试验对m o n i n o b u k h o v 理论进行完善，使得该理论有了极大的 应用价值。1 9 7 1 年w y n g a a r d 巧1 提出了局地自由对流近似，补充了近地面层相似理论在 局地自由对流时的空白。澳大利亚的w a n g g a r a 实验和美国的m i n n e s o t a 实验、d e a r d o r f f 的大涡模拟试验，极大地促进了对大气边界层物理结构的研究。 中山大学硕士学位论文广东大亚湾近地层气象梯度观测资料分析研究 近年关于近地层湍流输送方面的研究引起了更多人的注意。如k b a u m a n n 等哺1 对 边界层两年的雷达探测资料进行了统计分析；s t e f a ne m e i s 等【7 】利用声雷达和云幂测量仪 等测量工具分析了大气边界层的结构：d j a m a lk h e l i f 等【8 】分析了日本东海岸冬季的大气 边界层结构和海气交互作用。 大气边界层研究是实验性很强的科学，我国以往由于经济落后，研究相对落后，但 也取得过很辉煌的成果- 1 羽，女n1 9 4 0 年周培源提出的湍流应力方程模式被认为是湍流模 式理论开始的标志；周秀骥7 0 年代提出的湍流分子动力学理论有很独到的见解；1 9 8 1 年 周明煜对大气边界层湍流场团块结构的提出是对湍流结构的新认识。 近年我国内陆地区近地层的研究已经开展很多工作n 3 3 。如曹文俊，朱汶等对大 气稳定度分类的工作；刘树华等人对不同下垫面近地层湍流输送的工作；陆龙骅，卞林 根等对北京城市近地层得气象特征的分析研究：苗曼倩，曹鸿等对青藏高原大气边界层 的湍流特征量的分析。 我国沿海近地层的研究也取得了一定进展3 2 4 踟，如范绍佳等人对沿海地区大气稳定 度、风场特征、大气扩散参数等的分析，杨林对海陆边界层1 0 0 m 以下环境大气变化若干 气象特征的分析研究等。虽然国内已陆续开展了对沿海近地层特征的研究，但专门针对 大亚湾地区沿海近地层气象要素的分析研究尚不多。 由于沿海地区近地层变化规律较为复杂，本文根据中山大学大气科学系2 0 0 3 - - 2 0 0 4 年在广东大亚湾核电站厂址气象铁塔1 0 m 和8 0 m 观测得到的近地层梯度资料，分析厂址沿 海地区近地层风温场结构、稳定度、海陆风和风廓线特征。 中山大学硕：l 学位论文 广东大湾近地层气象梯度观测资料分析研究 第2 章资料来源和处理方法 本文所用的资料来源于中山大学大气科学系2 0 0 3 年在位于广东大亚湾核电站厂址 8 0 m 高的气象铁塔进行梯度观测的梯度资料，包括l o m 和8 0 m 的风向、风速、温度梯度资 料和1 5 m 的相对湿度资料，同时还分析了2 0 0 4 年的气象铁塔梯度观测的风向风速梯度 资料，主要对近地层垂直温度梯度、大气稳定度、风随高度的变化和海陆风等进行统计 分析和研究。 2 1资料和研究地区的气候概况 2 1 1 研究地区地理位置与地形特征 广东大亚湾核电站厂址位于东经1 1 4 0 3 3 0 0 ”，北纬2 2 。3 6 o o ”，在深圳市东部大亚湾畔 面临大亚湾，背靠排牙山，是一个沿海厂址，如图2 1 1 图2 1 2 。 图2 1 1 广东大亚湾核电站厂址附近地理特征 中山大学硕二b 学位论文 广东大砸湾近地层气象梯度观测资料分析研究 图2 1 2 广东大亚湾核电站厂址附近地形图 大亚湾核电站周围地形和下垫面十分复杂。地形以山丘为主，其中最高的排牙山 ( 7j o m ) 位于岭澳核电站以北3 5 0 0 m 处。因此，大亚湾地区所受的环流系统影响会比较复 杂多样，不仅有大尺度天气过程的环流系统，还会有因局地海陆效应引起的海陆环流、 因地形作用形成的山谷环流的共同影响，将导致大亚湾近地层结构复杂化。 2 1 2 观测资料概况 资料来源于2 0 0 3 年和2 0 0 4 年大亚湾厂址8 0 m 气象铁塔梯度自动测量系统。 8 0 m 气象铁塔梯度自动测量系统观测资料包括：l o m 、8 0 m 的每小时每1 0 分钟平均 温度；l o r n 、8 0 m 的每小时每1 0 分钟的平均风速：l o m 、8 0 m 的每小时每1 0 分钟平均风 向；l o m 、8 0 m 的每小时每1 0 分钟的风向标准差。8 0 m 气象塔梯度自动测量系统2 0 0 3 年共获得5 0 8 4 2 组有效的每l o 分钟的观测数据，数据捕获率为9 6 7 ，2 0 0 4 年共获得 5 0 0 2 8 组有效的每1 0 分钟的观测数据，数据捕获率为9 4 9 。 1 5 m 处的观测资料包括每小时每1 0 分钟的温度、相对湿度和气压的观测数据。 _ 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ 。_ 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。 中山大学硕士学位论文广东大亚湾近地层气象梯度观测资料分析研究 2 1 3 研究地区气候概况 大亚湾核电站位于东南沿海地区，亚热带海洋性气候特征十分明显。夏季受西南季 风、台风和雷暴的影响，天气较为潮湿，冬季受东北季风影响，天气较为干燥。根据离 厂址最近的深圳市气象站多年气象资料统计，该地区年平均气温为2 3 7 ，最高气温为 3 6 6 c ，最低气温为1 40 c ，无霜期为3 5 5 天。年日照时数1 9 7 5 0 d , 时，太阳年辐射量5 2 2 5 兆焦耳平方米，年平均相对湿度7 2 3 。每年5 月至9 月为雨季，年平均降雨量为 1 6 0 8 1 m m 。夏秋两季偶有台风。 2 2 资料处理的原理和方法 2 2 1 风温平均场处理 从2 0 0 3 年全年1 0 分钟一次的铁塔观测资料，取正点前l o 分钟资料得到每天2 4 d , 时逐 时的资料，然后求平均得到各气象要素年平均日变化、1 、4 、7 、1 0 代表月的变化规律， 为后面分析海陆风等出现的情况作参考。 2 2 2 大气稳定度分析 大气稳定度分类方法很多，本文主要采用温度梯度法、理查逊数r i 法、风速比法、温 度梯度一风速法等4 种方法进行分析，这些方法在蒋维楣的空气污染气象学1 中有详 细解释。 温度梯度法 在近地层中，由于大气增热、冷却均源于地面，故该层低层的温度随时间、高度的 变化比其上方大得多，空气的垂直运动与温度梯度a t a z 有关。1 0 m 和8 0 m 两层高度 的垂直温度梯度可以表征垂直向的湍流状况。国际原子能机构( 1 9 8 0 ) 根据大量实验资 6 中山大学硕士学位论文广东大亚湾近地层气象梯度观测资料分析研究 料，推荐以下判据作为稳定度的划分标准。见表2 2 1 。 表2 2 1 温度梯度法的分类标准( 1 0 0 m ) abcdef 坚 1 9 1 9 sa _ l 1 71 7 s 坚 1 51 5 sa l 0 50 5 sa l 1 51 5 s a t a z a z a za z a za z 根据实际应用经验，温度梯度法对处于稳定大气状况的情形是可靠的。 理查逊数法 湍流运动是影响大气扩散的主要因子，其强弱与大气稳定度有关，理查逊数( r i ) 可表征大气湍流的强弱，作为近地层大气湍流发展的判据。 理查逊数r i 决定于风、温梯度，其理论公式为 a p gx _ 威= 丢( 2 1 ) t 。 其中g 为重力加速度，取值为9 8 0 m s 2 ，t 为所取两层空气绝对温度的平均值( k ) ， 0 为位温( k ) ，u 为风速( m s ) ，z 为离地面高度( m ) 。 实际计算的时候，温度梯度和风速梯度可以由对数内插公式比较精确的确定，即： a p 口2 一口1 a z i n z 2 zx _ _ _ _ _ _ _ _ z 1 o u u 2 一u 1 o z z l n z 2 ( 2 2 ) z 1 其中02 ，01 ，u 2 ，u 1 分别对应于高度z 2 ，z 1 的位温和风速，z = z 1 z 2 。 取a 8 = 0 2 一q ，a u = “：一u 。；在近地层，近似地有a 0 = a t ，应用梯度观测中的温度和 风速差资料便可具体确定r i 值： 肌半器地詈z 3 ， t ( 缸) z1 。7 实际应用时应正确选取适当的特征高度和z 气层。因为在定常大气边界层里，r i 数是随高度变化的。另外，尤其应精确的确定小量( 比_ ) 2 ，在计算式中它处于特别敏感的 7 位置，任何风速测量的误差将会造成r i 计算结果有很大偏差。 表2 2 2 综合有关文献，给出理查逊数大气稳定度分类标准。 表2 2 2 各种砌法的分类标准 北京郊区南京城郊北京城郊一般平原山区沿海 0 5 6 2 m3 7 - 一1 5 6 m2 1 2 4 m ar i 4 2 6 2r i 0 4 1 9 7 4 5 1 8 6r i 2 5 1r i 1 0 0 0r i 1 0 0 b- 4 2 6 2 s r i0 4 1 9 7 s r i 1 8 5 32 5 1s r i1 0 0 s r i1 0 0 s r i 一0 8 9 2 0 2 2 6 4 1 0 7 1 0 1 0 c一0 8 9 2 s r i0 2 2 6 4 s r i 0 6 8 71 0 7 s r i1 s r i1 0 s r i 一0 0 8 0 7 0 1 0 4 9 0 2 7 5 一o 1 o 5 d 一0 0 8 0 7s0 1 0 4 9 s r i0 0 5 3 40 2 7 5s r i 0 0 1s r i 0 5 s r i r i 0 0 9 1 8 0 0 2 7 6 0 0 8 9 0 0 1 0 1 e0 0 9 1 8 s r i0 0 2 7 6 s r i0 6 5 90 0 8 9 s r i 0 1 s r i 0 1 s r i o 1 6 6 8 o 0 9 3 8 0 1 2 8 1 0 1 0 f0 1 6 6 8 s r i0 0 9 3 8 s r i1 1 6 10 1 2 8 s r i1 0 s r i1 0 s r i 在本文计算中，取z 1 = 1 0 m ，z 2 = 8 0 m ，由式( 2 3 ) 计算出r i 数。根据计算得到的 r i 数，结合下垫面状况取沿海地区的标准，确定相应的大气稳定度类别。 风速比法 风速比( u r ) 法是用上层与下层风速的比值来确定大气稳定度，具体的分类标准如 表2 2 3 所示。 表2 2 3 风速比法分类标准 abcdef u r 1 0 0 3 21 0 0 3 2 su r1 0 0 5 2 su r1 0 1 0 1 su r 1 5 7 1 7 s 妇 2 1 9 6 3su r 1 0 0 5 2 1 0 1 0 1 1 5 7 1 7 图5 1 典型的海陆风环流结构示意 ( a ) 海风环流( b ) 陆风环流 中山大学硕士学位论文广东大亚湾近地层气象梯度观测资料分析研究 一般海陆风出现必须满足以下基本条件： 梯度风很弱，通常为高气压系统控制地区； 日射强，通常日间中高云覆盖少于6 0 ； 日间气温上升得比水面温度高。 因此，尽管原则上一年之中的任何日子都有可能发生海陆风环流，但通常是在夏季 和热带地区出现频率高。 5 2 大亚湾海陆风分析 第三章通过对2 0 0 3 年铁塔资料1 0 m 风速的统计分析发现，大亚湾地区全年的主导 风向是e s e 和n w ，为此，本文区分海陆风时采用下述定义： 陆风包括w s w 、w 、w n w 、n w 、n n w 、n 、n n e 、n e ， 海风包括e n e 、e 、e s e 、s e 、s s e 、s 、s s w 、s w 。 本文确定海陆风环流的判据为：全天不出现连续2 小时大于1 0 m s 的风速；白天出 现不少于3 小时连续海风环流；夜间陆风环流不少于3 小时；非阴、雨天气。 统计分析表明，按上述定义的海陆风会出现两种情况，一种是连续无间断的海陆风， 另外一种是不连续有间断的海陆风。为了方便分析，本文只讨论间断两次的海陆风，间 断两次以上的海陆风出现情况较少，出现时情况比较复杂，这里将不作讨论。 由于2 0 0 3 年1 0 m 高度观测到的风速几乎全部小于1 0 m s ，月平均风速都集中在 2 5 m s 左右，为了更加精确的分析海陆风变化，本文分析讨论了当风速小于1 0 m s 、风 速小于5 m s 、风速小于2 5 m s 三种不同情况的海陆风出现情况。 本文同时分析了2 0 0 4 年海陆风出现的情况，与2 0 0 3 年的结果作一个对比，以便于 能够更好的说明大亚湾地区海陆风出现的情况。 5 2 1 连续无间断的海陆风 表5 2 1 列出了2 0 0 3 年4 个代表月的背景气象条件，以该表格为参考，可以更加 深入的了解海陆风的出现情况。 中山大学硕士学位论文 广东大亚湾近地层气象梯度观测资料分析研究 表5 2 12 0 0 3 年4 个代表月的背景气象条件 从表中可以看到，2 0 0 3 年各月平均风速均不超过2 5 m s ，平均温度1 月最低，7 月 最高，7 月的风向标准差最大，1 月时温度梯度为正，其余各月为负值，1 0 月的相对湿 度最小，1 月最大。大亚湾地区的年平均风速为2 3 m s 。 表5 2 2 表5 2 4 分别给出2 0 0 3 年满足风速小于l o m s 、5 m s 、2 5 m s 、持续时 间3 小时以上条件下2 0 0 3 年1 、4 、7 、1 0 四个代表月出现连续不间断海陆风的情况。 表5 2 2 给出风速小于l o m s 时海陆风的出现情况。 表5 2 2 风速小于l o m s 时海陆风的出现情况 从表5 2 2 可以看出，取风速小于l o m s 条件时，4 月会出现海风在3 ：o o 出现， 海风持续时间较长达1 7 小时的情况；1 0 月出现陆风出现时间为凌晨1 ：o o 左右，陆风 持续时间为1 2 小时情况。上述海陆风出现时间、持续时间的结果和一般理解的海陆风出 现情况明显不一致。 表5 2 3 给出风速小于5 m s 时海陆风的出现情况。 表5 2 3 风速小于5 m s 时海陆风的出现情况 中山大学硕士学位论文广东大亚湾近地层气象梯度观测资料分析研究 从表5 2 3 可以看出，取风速小于5 m s 条件时，4 月会出现海风在4 ：0 0 出现，海 风持续时间较长达1 6 小时的情况；1 0 月出现陆风出现时间为凌晨1 ：0 0 左右，陆风持 续时间为1 2 小时情况。这些情况与风速小于l o m s 时海陆风出现的情况都相类似。上述 海风出现时间、持续时间结果比l o m s 的划分结果要好一些，但仍和一般海陆风出现情 况不一致。 表5 2 4 给出风速小于2 5 m s 时海陆风的出现情况。 表5 2 4 风速小于2 5 m s 时海陆风的出现情况 从表5 2 4 可以看出，取风速小于2 5 m s 的条件时，海风出现时间为上午8 ：0 0 - 1 1 ：0 0 左右，平均持续4 7 个小时，陆风出现在夜间2 2 ：0 0 , 、- 2 4 ：0 0 左右，平均持续 5 7 个小时。海风出现时间的标准差和陆风出现时间的标准差在4 小时左右，海风持续 时间标准差为i - - - 5 小时，陆风持续时间标准差为2 - 一3 个小时。和一般理解的海陆风出 现情况相一致。 除4 月外，各月之间海陆风差别不大，均在1 1 ：0 0 左右出现海风，海风的持续时间 也比较稳定，变化幅度不大，在4 7 小时左右；陆风在晚上2 3 ：0 0 左右出现，持续5 7 个小时。4 月海风出现时间变化幅度较大，这是由于4 月是季节转换的季节，冷暖气团 交汇导致海陆风交替出现，因此变化幅度较大。 由于大亚湾沿海地区年平均风速小于2 5 m s ，取风速小于2 5 m s 为海陆风判别条 件，相对取风速小于l o m s 和风速小于5 m s 来说，过滤了许多不是海陆风的情况，得出 的结果显然更加接近实际，更加精确。 5 2 2 不连续有间断的海陆风 海陆风不仅有连续不问断的情况，还会出现不连续有间断的情况，下面对这些情况 进行分析。 中山大学硕士学位论文广东大亚湾近地层气象梯度观测资料分析研究 表5 2 5 表5 2 7 给出当风速分别全部小于l o m s 、全部小于5 m s 、全部小于 2 5 m s 时，持续时间3 小时以上条件下，2 0 0 3 年1 、4 、7 、1 0 四个代表月出现的不连续 有间断海陆风的情况。 表5 2 5 风速小于l o m s 时不连续有间断海陆风出现情况 从表5 2 5 可以看出，当风速小于l o m s 时，各月海风出现不连续有间断的天数变 化较大，7 月外陆风出现的天数比海风要小得多。 不论海风或者陆风，首次开始的时间多为0 0 ：0 0 时，持续时间3 1 1 时不等，再次 开始时间4 月和1 0 月海风在0 4 ：0 0 左右出现，4 月和7 月陆风在8 ：0 0 左右出现，再 次出现海陆风的持续时间3 - - - 2 0 小时不等。 表5 2 6 对平均风速小于5 m s 时出现的不连续有间断海陆风出现情况进行了统计。 表5 2 6 风速小于5 m s 时不连续有间断海陆风出现情况 从表5 2 6 可以看出，当风速小于5 m s 时，各月海风出现不连续有间断的天数大致 3 1 中山大学硕士学位论文 广东大亚湾近地层气象梯度观测资料分析研究 相同，为7 天左右，陆风出现的天数变化较大，7 - 2 0 天不等，不论海风还是陆风首次 开始的时间均为o o ：0 0 左右，持续3 1 1 个小时不等，再次开始时7 月海风0 8 ：0 0 左 右，其余三个月均为0 4 ：0 0 左右，陆风除7 月从1 4 0 0 左右开始，其余各月从0 5 0 0 左右开始，持续时间变化也较大，变化范围为3 - - , 1 5 个小时。 表5 2 7 对平均风速小于2 5 m s 时出现的不连续有间断海陆风出现情况进行了统 计。 表5 2 7 风速小于2 5 m s 时不连续有间断海陆风出现情况 从表5 2 7 中可以看出，当平均风速小于2 5 m s 时不连续有间断海陆风出现与风速 小于l o m s 和风速小于5 m s 时的情况有所不同，1 月和4 月海风出现不连续有间断的天 数为6 7 天，7 月和1 0 月均为3 天，首次开始的时间均为o o ：0 0 ，持续时间1 月和4 月变化较大，为3 1 2 小时，7 月和1 0 月为3 5 小时，再次开始时间各月相差不大， 从0 5 0 0 开始，持续3 7 个小时：陆风出现不连续有间断的天数各月变化较大，7 - - 一2 0 天不等，首次开始的时间均为0 0 ：0 0 ，持续时间变化较大，3 - - 一1 3 个小时不等，陆风再 次开始时间除了7 月为1 7 时开始，其余各月从0 4 ：0 0 开始，持续3 9 小时左右。 上述分析研究表明，考虑不连续有间断的海陆风情形，得到结果是不合理的，可能 原因是持续时间取3 小时可能太短了。因此，实际分析中没有必要考虑不连续有间断的 海陆风情形。 5 2 32 0 0 4 年海陆风情况 为了检验前面关于海陆风的分析初步结论，再将2 0 0 4 年1 、4 、7 、1 0 月四个代表月 的海陆风出现情况与2 0 0 3 年的作一比较。 3 2 中山大学硕士学位论文 广东大亚湾近地层气象梯度观测资料分析研究 表5 2 8 表5 2 1 0 为2 0 0 4 年代表月出现的连续无间断的海陆风情况。 表5 2 8 给出取风速小于l o m s 为判据时海陆风的出现和持续时间。 表5 2 8 风速小于l o m s 时海陆风的出现和持续时间 从表5 2 8 可以看出，取风速小于l o m s 为判据，1 月和4 月海风出现时间在5 ：0 0 左右，海风持续时间在1 3 小时以上；陆风4 月和l o 月出现时间在2 1 ：0 0 左右，1 月和 7 月则在o o ：0 0 左右才出现，陆风的持续时间大约持续9 个小时左右，也是不合理的。 表5 2 9 给出取风速小于5 m s 为判据时海陆风的出现和持续时间。 表5 2 9 风速小于5 m s 时海陆风的持续时间 从表5 2 9 可以看出，当风速小于5 m s 时海陆风的持续时间与风速小于l o m s 时变 化不大。1 月和4 月海风在5 ：0 0 左右出现，持续1 2 小时以上，7 月和1 0 月则在8 ：0 0 左右出现，持续1 1 个小时左右：陆风出现的时间在晚上2 3 ：0 0 左右，持续时间8 - - 9 个 小时。 表5 2 1 0 给出取风速小于2 5 m s 为判据时海陆风的出现和持续时间。 表5 2 1 0 风速小于2 5 m s 时海陆风的持续时间 将2 0 0 4 年上述结果同2 0 0 3 年的结果进行比较，发现总体结果是一致的，取风速小 于2 5 m s 为标准，海陆风出现的时间相差不大，海风出现在早上8 ：0 0 1 l ：0 0 左右， 持续5 7 个小时，陆风大抵在夜间2 1 ：0 0 - - 0 0 ：0 0 左右出现，持续6 7 个小时。结论 符合海陆风的一般概念。 同样分析2 0 0 4 年不连续有间断的海陆风出现情况可以发现，考虑不连续有间断的海 陆风情形得到结果也是不合理的。表5 2 1 l 表5 2 1 3 分别给出风速小于t o m s 、风速 小于5 m s 、风速小于2 5 m s 时2 0 0 4 年代表月出现的连续无间断海陆风的情况。 表5 2 1 l 风速小于l o m s 时不连续有间断海陆风出现情况 月份出现首次开始时间持续时间再次开始时间持续时间 天数( 小时)( 小时) 1海风40 0 ：0 0 1 0 ：o o3 1 00 4 ：0 0 2 1 ：0 03 2 0 陆风 9 0 0 ：0 0 0 2 ：0 03 1 5 0 6 ：0 0 - - 2 0 ：0 03 1 2 4海风4 0 0 ：0 0 1 1 ：0 04 7 0 8 ：0 0 一1 9 ：0 05 1 6 陆风 90 0 ：0 0 0 6 ：0 03 1 31 5 ：0 0 1 9 ：0 03 9 7海风60 0 ：0 0 1 4 ：0 03 1 50 8 ：0 0 1 9 ：0 05 1 6 陆风 1 8 0 0 ：0 0 一0 6 ：0 04 1 8 0 6 ：0 0 - - 2 0 ：0 03 1 0 1 0 海风 60 0 ：0 0 一0 3 ：0 03 70 6 ：0 0 - - 2 0 ：0 04 1 7 陆风1 80 0 ：0 0 0 7 ：0 03 1 70 6 ：0 0 - - 2 0 ：0 03 1 1 表5 2 1 2 风速小于5 m s 时不连续有间断海陆风出现情况 月份出现首次开始时间持续时间再次开始时间持续时间 天数( 小时)( 小时) 1海风50 0 ：0 0 1 0 ：0 03 1 00 4 ：0 0 2 1 ：0 03 2 0 陆风90 0 ：0 0 0 2 ：0 03 1 50 6 ：0 0 - - 2 0 ：0 03 1 2 4 海风 7 0 0 ：0 0 1 1 ：0 03 1 40 8 ：0 0 1 7 ：0 03 1 6 陆风 9 0 0 ：0 0 0 6 ：0 0 3 1 31 5 ：0 0 1 9 ：0 03 9 7 海风 70 0 ：0 0 0 9 ：0 03 1 50 8 ：0 0 一1 9 ：0 03 1 6 陆风1 80 0 ：0 0 0 6 ：0 04 1 80 6 ：0 0 2 0 ：0 03 1 0 1 0 海风60 0 ：0 0 0 3 ：0 03 70 6 ：0 0 - - 2 0 ：0 03 1 7 陆风 1 8 0 0 ：0 0 0 7 ：0 0 3 1 40 4 ：0 0 - - 2 0 ：0 03 1 1 3 4 中山大学硕士学位论文广东大亚湾近地层气象梯度观测资料分析研究 表5 2 1 3 风速小于2 5 s 时不连续有间断海陆风出现情况 从表5 2 1 1 表5 2 1 3 可以看到，出现有间断不连续陆风比海风天数比较多，海 陆风的首次开始时问都是0 0 ：o o 左右，持续时间变化较大，间断后海陆风再次出现的时 间和持续时间没有规律。表明考虑不连续有间断的海陆风情形，得到结果是不合理的， 再次证明实际分析中没有必要考虑不连续有间断的海陆风情形。 5 2 4 小结 通过对2 0 0 3 年和2 0 0 4 年四季代表月海陆风出现情况对比研究分析，可以得到以下 结论： 1 、沿海地区判断海陆风出现的风速分界指标，应考虑研究地区的平均风速状况，以平均 风速为分界指标得到的结果更合理。 2 、以持续时间3 个小时来区分海陆风，则海陆风首次出现时间不合理。在沿海地区应重 新定义海陆风持续时间的判断标准。 3 、由于资料有限且仅有两层铁塔资料，本文未能给出严格的海陆风出现判断标准，需再 作迸一步的研究。 5 3 海陆风对风廓线的影响 研究表明，沿海地区当系统风速较大时近地层上下层的风向风速比较一致；当系统 中山大学硕士学位论文 广东大亚湾近地层气象梯度观测资料分析研究 风较小时会受海陆风、热内边界层的共同影响，近地层上下层的风向风速会不一致。 表5 3 1 一表5 3 4 分别给出2 0 0 3 年7 月和1 0 月风速较大、风速较小二种典型情 况下铁塔1 0 m 和8 0 m 上下二层风向变化的典型情况。 表5 3 1 为2 0 0 3 年7 月风速较大时铁塔1 0 m 和8 0 m 上下二层风向变化。 表5 3 1 大风速时1 0 m 和8 0 m 的风向变化情况( 7 月) 日期出现时间1 0 m 风向8 0 m 风向1 0 m 风速( m s ) 8 0 m 风速( m s ) 2 0 0 3 0 7 2 31 2 ：0 0 e n e e n e5 6 31 1 6 2 2 0 0 3 0 7 2 31 5 ：0 0 e n e e n e7 2 11 4 6 7 2 0 0 3 0 7 2 31 7 ：0 0e n ee n e 5 6 99 3 9 2 0 0 3 0 7 2 31 9 ：0 0e n ee n e6 7 91 4 9 1 2 0 0 3 0 7 2 32 0 ：0 0 e n e e n e7 6 81 6 8 8 2 0 0 3 0 7 2 32 2 ：0 0 e e7 0 71 4 9 7 2 0 0 3 0 7 2 3 2 3 ：0 0 e e9 7 51 5 3 4 2 0 0 3 0 7 2 40 0 ：0 0ee 8 7 11 6 7 8 2 0 0 3 0 7 2 40 1 ：0 0e s ee s e1 0 5 52 1 0 5 2 0 0 3 0 7 2 40 8 ：0 0 e s e e s e8 6 91 7 6 7 2 0 0 3 0 7 2 4 0 9 ：0 0 e s e e s e8 1 81 5 4 9 2