基于多数据集的大气边界层高度比较研究

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全球大气边界层高度(planetary boundary layer height,PBLH)对空气质量诊断和水文气象预报有着重要影响。本文主要利用1973-2017年全球无线电探空数据(Integrated Global Radiosonde Archive,IGRA)、2006-2018年以气象、电离层以及与气候星座观测系统(Constellation Observing System for Meteorology Ionosphere and Climate,COSMIC)为代表的全球定位系统无线电掩星数据和1979-2017年欧洲天气预报中心(European Reanalysis Interim,ERA-Interim)再分析数据对全球大气边界层高度进行估算。利用总体理查森数法(bulk Richardson Number,BRN)对IGRA数据进行估算,同时用气块法(Parcel法)和位温梯度法对其结果进行验证。研究发现BRN方法可以较好地估算出对流边界层高度和中性剩余层高度,而对于稳定边界层的估算不确定性较大。对于COSMIC掩星数据集主要采用小波协方差变化法进行大气边界层高度估算,结果显示COSMIC掩星数据集估算到的边界层高度远远高于IGRA探空数据集。基于多数据集的大气边界层时空分布特征表明,IGRA探空数据集与ERA再分析资料得到的PBLH季节空间分布相一致,COSMIC掩星估算结果明显较高,且三种数据集显示出较一致的空间分布,PBLH均在低纬地区比中高纬地区高。通过对比COSMIC与IGRA在同一纬度带上的PBLH日变化个例研究,结果表明两者均有日变化,但是IGRA估算结果日变化更明显。基于ERA-Interim数据分析PBLH日变化,结果显示随着时间的增加,PBLH日变化存在明显经向变化。在1500 LT(当地时)会出现PBLH的最大值。利用IGRA分析不同纬度带上陆地和海洋上PBLH日变化发现,陆地和海洋上空PBLH的日变化及其季节变化有很大差异。对于陆地站点,PBLH表现出明显的日变化和季节变化,最大值在1500 LT左右,夏季更高。相较而言,在海洋上空PBLH日变化较平缓,PBLH较低,无明显季节变化。另外研究发现PBLH日循环的季节变化与近地表温度正相关,与近地表相对湿度负相关。此外,无论海洋还是陆地,所研究纬度带内的夜间PBLH没有显著增加或减小的趋势,而白天PBLH在1200到1800 LT之间的大多数时刻都表现出统计显著的增加趋势。
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