平衡球轨迹的垂直变化

四、平衡球轨迹的垂直变化

我国是多山地区，地形对气流作用产生的风切变是较为普遍的。在山区环境中，由于地形诱导和热交换等因素，过山气流成为山区低空风场的主要表现形式，容易形成局部热力状况的特殊分布，在溪洛渡峡谷施放的部分平衡球就受过山气流的影响而可能在峡谷内造成局地污染。

1.桥头观测点平衡球轨迹的垂直变化

桥头观测点大部分平衡球沿偏西风向爬升，高度大多能达到400m以上。但从平衡球上升下沉的趋势来看，可分为以下几种情况：

（1）约56％的平衡球脱钩后一直呈上升状态，其中2％在250m左右脱钩，沿偏西风向爬升，大约在500m高度出现拐点，平衡球发生明显切变，之后分别沿偏南风向、偏东风向和偏北风向爬升，该例平衡球出现在冬季的不稳定条件，垂直轨迹见图8.10；

（2）约23％的平衡球出现上升、下沉的反复变化，这种情况多在秋冬两季发生，在各类稳定度条件下都可能出现，风向的切变均不明显；

（3）约9％的平衡球下沉后上升，下沉幅度较小，最低点在100～300m范围内；

（4）约12％的平衡球抬升一定高度后下沉，下压点一般在200～800m范围，大多出现秋季的中性条件下。

2.杨家坪观测点平衡球轨迹的垂直变化

杨家坪观测点盛行风向集中在E－ESE－SE－S－SSE方位象限内，受山谷风的影响，平衡球飞行高度受到限制，从轨迹的垂直变化来看，分为以下几种情况（8例典型平衡球的垂直变化轨迹见图8.11）：

图8.10　桥头点典型平衡球垂直变化轨迹（×10m）

图8.11　杨家坪点典型平衡球垂直变化轨迹（×10m）

（1）约48％的平衡球脱钩后一直呈上升状态，其中4％的平衡球大约在200m高度脱钩后远离放球点上升，之后折回来，达到一点高度后继续远离放球点上升，期间平衡球发生明显的切变现象，这两例平衡球都发生在冬季的中性条件下，风速较小，而2％的平衡球脱钩后在一定高度出现拐点，发生明显切点，该例平衡球出现在夏季的不稳定条件下；

（2）约35％的平衡球出现上升、下沉的反复变化，其中8％的平衡球脱钩后上升一定高度后出现原地打转的情况，该4例平衡球中2例平衡球的水平距离在1500m左右，分别出现在春季风速较大的不稳定和中性条件下，切变现象较为明显，另2例平衡球则出现在冬季的小风状况下，分别在中性和稳定的条件下，平衡球的水平距离在500m以内；

（3）约10％的平衡球脱钩后先上升后下沉，下压点在300～800m范围内，这类平衡球多出现在秋冬两季的中性条件下，其中2％的平衡球在一定高度脱钩后向放球点方向漂移，在720m左右平衡球下沉，该例平衡球出现在夏季的不稳定状况下，风速较小；

（4）约6％的平衡球脱钩后先下沉后上升，这种情况多出现夏秋两季的不稳定和稳定状况下，平衡球的最低点出现在210～570m范围内。

3.大坝观测点平衡球轨迹的垂直变化

大坝观测点受金沙江河谷风的影响盛行偏东风，平衡球大多沿偏西方向漂移，从轨迹的垂直变化来看，可分为以下几种情况（12例典型平衡球的垂直变化见图8.12）：

图8.12　大坝点典型平衡球垂直变化轨迹（×10m）

（1）约56％的平衡球脱钩后一直呈上升状态，其中6％的平衡球存在明显的E、W风的切变现象，这几例在春夏秋三季情况的各类稳定度状况下都可能发生，平衡球风速为静小风；

（2）约29％的平衡球出现上升、下沉的反复变化，这种情况大多出现在夏秋两季的稳定和不稳定状况下，平均风速较大，其中4％的平衡球出现明显的切变现象，1例平衡球到达1000m左右后在原地打转，出现有明显拐点，该例平衡球出现在春季的不稳定状况下，所在高度在200m左右，另两例平衡球出现在秋季，拐点在500m左右；

（3）约9％的平衡球脱钩后先上升后下沉，其中6％的平衡球在上升到一点高度后折回来下沉，切变现象较为明显，拐点在530～900m范围内，该几例都发生在春夏秋的不稳定条件下，风速较小；

（4）约4％的平衡球脱钩后先下沉后上升，其中1例平衡球出现在夏季的不稳定条件下，风速较小，有N、S的明显切变。

4.三坪村观测点平衡球轨迹的垂直变化

三坪村观测点位于大峡谷的最高点，盛行风向为偏东风，从平衡球轨迹的垂直变化来看，可分为以下几种情况（5例典型平衡球的垂直变化见图8.13）：

图8.13　三坪村点典型平衡球垂直变化轨迹（×10m）

（1）约43％的平衡球出现上升、下沉的反复变化，变化幅度一般不大，该类平衡球大多出现在不稳定条件下，风速较大，其中9％的平衡球存在E、W风的明显切变，风向的变化较快；

（2）约40％的平衡球脱钩后一直呈上升状态，其中2％的平衡球存在明显切变，该例平衡球出现在秋季的中性条件下，平衡球的变化幅度在320～720m之间，两次明显的拐点出现在700m左右，平均风速为1.2m/s；

（3）约11％的平衡球脱钩后先上升后下沉，这类平衡球在春夏秋冬四季的三类稳定度条件下都可能出现，下压点一般在400m以上，且平均风速较大；

（4）约6％的平衡球脱钩后先下沉后上升，这类平衡球出现在冬季的不稳定和稳定条件下，下沉的幅度较小，上升的高度有限。

从桥头、杨家坪、大坝以及三坪村4个观测点的平衡球飞行轨迹，可得出如下规律：

（1）各个观测点环境风向以偏东风为主，特别以E风和ESE风居多，说明坝区金沙江上行风明显，从杨家坪到大坝点，再到三坪村点，随着海拔高度的增加环境风向逐渐集中到偏东风向，其中三坪村点约86％的平衡球沿偏西风向漂移；

（2）随季节和各测点地形的影响，各测点在不同季节环境风向有所不同，春季、夏季和秋季坝区环境风向以偏东风为主（E、ESE、ENE），冬季则以偏南风（S、SE、SSE）和偏西风（W、WNW、WSW）为主；

（3）各测点平衡球的垂直变化基本上以上升为主，桥头和大坝观测点最为明显，约55％的平衡球脱钩后都一直呈现上升状态。对于三坪村点，平衡球上升、下沉的反复变化较为明显，冬季沿金沙江下行风向平衡球上升的频率较少，多以先下沉后上升的现象为主；

（4）各测点不同季节中平衡球的垂直变化各不相同，杨家坪和大坝点观测到明显的E、W风向的切变，在远离放球点一定水平距离后出现在原地打转的情况，桥头点切变较少，三坪村点上升、下沉反复变化较多，这些切变现象多出现在不稳定状况大气湍流较强的情况下，对大气粒子的扩散会产生一定影响，尤其是在原地打转的情况，风向的摆动，使得污染物不易扩散，在峡谷中停留很长时间，有可能造成严重的局地污染。