气流通过水域时的变性-气象学报.PDF

第 55 卷第 4 期 气　象　学　报 Vo l . 55, N o . 4 1997 年8 月 A CT A M ET E OR OL O GICA SIN ICA Aug . , 1997 傅抱璞 ( 南京大学大气科学系, 南京, 2 10008) 利用量纲分析和数理方法推得了可用解析 数表示的气流通过水域时各气象要素在水 上和下风岸陆地上变化的公式, 并用1982 年1, 4 , 7 , 10 月在江苏兴化县大纵湖专门布点进行 水域气候效应系统观测的资料对所得公式进行检验, 同时根据理论结果和实际观测资料研讨 气流通过水域时各气象要素变化的规律。 : 水域, 气流, 变性。 1　引　言 当气流通过水域时, 由于水、陆物理性质的差异, 气流的温度、湿度和风速都要发生变 化, 先是当气流从陆上进入水上时要受到水域新下垫面的影响, 逐渐适应水上的新情况, 使各气象要素产生水上变性。然后当气流通过水域后再进入下风岸陆面时, 又因受到与水 面不同的下风岸陆地新下垫面的影响, 要逐渐适应陆面的新情况, 使各气象要素产生新的 陆面变性。如果水域下风岸的陆地与上风岸陆地下垫面性质相同, 气流在下风岸陆地上就 会逐渐恢复到经过水域以前的原始状况。关于气流经过水域时的变性问题, 在国内外已有 一些观测实验研究和理论研讨[ 1—10 , 但这些研究几乎都存在理论与实际脱节的问题, 也 就是他们只根据观测资料进行定性分析, 或找些经验关系, 而缺乏理论推导和论证; 或者 只单独进行理论推导或数值模拟, 再对推导和模拟结果做些解析, 而无实际观测资料检 验, 或只列举个别资料做点缀式的验证, 其结论使人难以信服。 为了研究通过水域的气流变性问题, 江苏省杨州市气象局曾于1982 年 1, 4, 7, 10 月 在江苏兴化县大纵湖( 一个近于圆形的湖泊, 其直径约6km, 水深2m 左右) 沿顺风方向在 湖面上和陆地上离岸不同距离处布点进行温、湿、风的系统观测, 温度和湿度的观测高度 为0 . 2, 0. 5, 1. 0 和1. 5m, 风的观测高度为 1m 和2m, 每天观测时间为2, 5, 6, 8, 11, 14, 17 , 20, 23 时( 7 月用5 时, 2, 4, 10 月均用6 时) 。此外, 还同时进行湖面温度和陆上地面温 度观测。所用仪器为通风干湿表、轻便风向风速仪及普通地面温度表和水温表。现在先用 量纲分析和数理方法来建立气流通过过域时气象要素变化的模式, 然后将理论变化曲线 与实际观测结果同时点绘在图上进行相互比较, 并研讨在不同大气层结情况下气流通过 初稿时间: 1996 年 1 月 19 日; 修改稿时间: 1997 年2 月 12 日。 　资助课题: 国家教委博士点基金资助项目。 4 期　　　　　　　　　　　　　　傅抱璞: 气流通过水域时的变性 441 水域时各气象要素变化的规律。 2　公式的推导 首先研究当气流从陆地进入水域时在水上的变性问题。设气流进入水域前在上风岸 陆上的空气温度、水汽压和风速分别为T 0, E 0 和V0 , 气流进入水域在水上移行x 距离后的 空气温度、水汽压和风速分别为 T , E 和V , 并令T = T - T 0, E = E - E 0, V = V0 V - V 0 V , 则T 、E 和 就分别表示气流进入水域后在水上空气温度、湿度的绝对变化 V0 V0 和风速的相对变化( 因为风速的变化更适宜用相对值表示) 。为方便起见, 下面用表示 T , E , V , 并称之为气流在水上的变性值, 同时用M 表示气流在水上移行