非定常过程对大气边界层的内参数和风廓线的影响

设大气中性、正压,用边界层运动方程的分析解,研究了当大气边界层顶风向随时间作周期变化而风速不变时,对大气边界层的内参数u_*/A(A为边界层顶风速)和角φ(地面风与边界层顶的风的夹角)的影响。当风向逆时针转动时,u_*/A增加,φ减少,反之亦然。方程的数值解亦得类似结果。因而在定常条件下,得出的大尺度模式中边界层参数化的结果应考虑非定常过程的订正。还分析了非定常过程对边界层风廓线的影响。     

自由大气非定常扰动对大气边界层的内参数的影响

本文用大气边界层运动方程的数值积分方法,研究了当自由大气(边界层顶)风作非定常的周期扰动时,对非中性层结的大气边界层的内参数u*/G(u*为摩擦速度,G为自由大气风速)和角α(地面风与自由大气风向的夹角)的影响。并将其结果与中性层结大气边界层的相应结果作了对比。最后对斜压大气情形也作了相应讨论。说明了大尺度模式中边界层的参数化的结果应考虑层结、斜压性与非定常过程的共同作用。     

非定常过程对大气边界层的内参数与风廓线的影响(二)

本文用大气边界层运动方程的数值积分研究了当边界层顶风向不变但风速变化时对大气边界层的内参数u_*/A(u_*为摩擦速度,A为上界风速)和α角(地面风与上界风向的交角)的影响。设上界处风速随时间指数增加及减少,最后趋于定常。在大气正、斜压时,u_*/A及α角的时间变化均是振幅衰减的振荡,最后趋于定常时相应的值。在时间变化过程中的任一时刻,内参数值与当上界条件取该时刻上界风时的定常解结果有一定的差别,严格说,定常时的内参数值并不能直接用于当上界风非定常时。本文还考虑了上界风速非定常对风廓线的影响。     

自由大气的扰动对边界层结构影响的二维数值研究

在中性正压的行星边界层中,考虑边界层顶的负随时空变化的一般情况,在的假定下,用数值方法解边界层运动方程得到风及边界层某些参数的分布。还计算了边界层顶垂直速度,发现和Charney等人的结果不同。     

风垂直切变对中距离扩散特征的影响

使用行星边界层(PBL)内垂直涡旋扩散系数K_z的湍流统计形式和埃克曼风廓线,对三维扩散方程作数值解,分析讨论了风速、风向的垂直切变对污染轨迹和水平扩散参数σ_y的影响,得到一包含民切变因子的污染轨迹和σ_y的表达式。计算结果表明,在影响中尺度扩散的因子中,风切变是—重要因子,尤其是中性到稳定大气一侧,风切变σ_y的影响已超过湍流本身的贡献,因此,它是一个最重要的因子。我们将本文的扩散型σ_y和考虑风向切变订正后的 Pasquill’s扩散型以及在9个不同地方收集到的野外实测资料作了比较,其结果表明,本模型比P氏模型更接近实际,在稳定大气一侧,P氏扩散型的风向切变订正过大。     

水平非均匀对流边界层热量平衡和平流输送作用的大涡模拟

采用大涡模拟所获的数据结果，分析地面热通量沿平均风方向存在 突变的条件下对流边界层的热量平衡和平流输送作用。分析表明边界层内模拟所得结果 可以很好地满足热量平衡关系。除地面热通量项以外，平流项（包括水平平流和垂直平 流）对边界层加热率的作用可达地面热通量不均匀性差值的大小，是影响边界层内热量 平衡的最重要因子，平均速度散度项对热量平衡的作用也不可忽略，但湍流通量散度项 的作用则很小。     

預報斜压大气系統發展的一种方法

本文根据在铅直方向積分了的涡度方程和一个经验式,用高空温压场的耩造表示地球转风涡度平流、熟成风涡度平流和温度平流对气压倾向的作用,从而得到预报气压变化的一些定性的规则。     

三维湖陆风的数值模式试验

利用地形坐标建立了一个三维湖陆风的预报模式，其中对边界层及模式层顶高度采用预报方程求解，对边界层参数作了较仔细的考虑。计算表明，模式运行十分稳定，对复杂地形条件下的湖陆风扰动系统有着很好的描述能力。     

一次西南低涡发生发展的中尺度诊断

采用常规和非常规观测资料,对一次西南低涡发生、发展过程进行了初步诊断分析,结果表明：（１）与自由大气中低涡环流的变化相比,边界层内低涡环流的演变表现出非连续性特征,且涡区内的对流发展和降水也与此相一致。（２）大气边界层顶的非平衡动力强迫及５００ｈＰａ正涡度平流的动力作用对本例低涡的形成和发展有重要贡献。     

斜压大气中海面边界层摩擦偏角的动力学研究

本文在Ekman动量近似下，引入关于水面粗糙度的Charnock公式，求得了斜压大气中海面边界层的风速的解析表达式，进一步得到边界层摩擦偏角的公式，并获得了边界层摩擦偏角的有关结论。例如海面的摩擦偏角远小于陆地的摩擦偏角；低纬的摩擦偏角比高纬的要大：理论分析和个例计算均表明，垂直平流惯性力与水平平流惯性力对摩擦偏角分别起着减小和增大的相反作用，而且反气旋性涡度处与气旋性涡度处的摩擦偏角可相差达20多度。冷暖平流下的摩擦偏角相差很大，甚至可达七、八十度。这些结论对斜压大气中的海面边界层风场摩擦偏角的预后都具有指导性作用。     

海上快速发展气旋的动力诊断分析

应用等熵位涡收支方程对发生于西北太平洋日本东海附近的爆发性气旋进行了位涡及位涡收支诊断分析.发现爆发性气旋不同于普通气旋发展机制, 主要是由于平流层底位涡异常对对流层扰动产生较集中凝结加热, 使上下系统耦合打通的结果.从位涡收支来看, 气旋爆发性发展伴随着对流层顶上空有强的涡度平流作用, 而对流层中层存在着较集中的大尺度凝结结构和对流天气系统.     

圆形涡旋非线性大气边界层中风的分布

在圆形涡旋的行星边界层中,考虑梯度风随半径变化的一般情况,在K=l~2|V/z|的假定下,解边界层运动方程得到风及边界层某些参数的分布。还计算了边界层顶部的垂直速度,并将其与某些其他工作中的垂直速度作了比较。     

哈尔滨太平国际机场初雷天气分析

本文基于MICAPS天气实况资料,通过高低空环流场、K指数和垂直温度层结以及气象要素等方面研究了哈尔滨太平国际机场一次罕见的伴有扬沙和雨夹雪的初雷天气过程,得出以下结论：此次天气过程主要受蒙古气旋东移影响,哈尔滨机场受低涡前暖平流控制,有利于水汽的输送,后期随着冷空气的南下,地面转为冷锋影响,锋前后有强烈冷暖平流,且温度梯度较大,850hPa风向风速辐合条件较好,有较好的辐合抬升条件。较为强烈的低层低涡辐合系统是本次对流性天气的动力条件,低涡前后西南风和西北风引起的冷暖空气交汇是本次对流性天气的热力条件。风向风速、温度等气象要素在此次天气过程中存在明显变化。     

湿斜压大气中暴雨中尺度系统发展的一种可能机制

根据暴雨中尺度系统发生时的大气运动特征,在绝热、无摩擦条件下,从湿斜压原始方程出发,考虑大气运动的涡度及散度演化不仅受动力场的制约,而且还受到热力场的约束,采用不同于传统研究涡度及散度方程的分析方法,导出了新形式的涡度及散度方程。在此基础上,分析了湿斜压大气中对流层中低层气流旋转与辐合持续增长的动力特征,初步揭示了湿斜压大气中暴雨中尺度系统发展的动力机制。     

初夏青藏高原低涡发展东移的动力过程

通过对1980—1983年6月青藏高原低涡发展东移和原地生消过程的分析和计算，提出高原300 hPa西南风急流与低涡发展并东移相联系的事实。又指出散度方程中A（平流作用）项和fζ＇（非地转效应）项的作用。而急流的存在直接导致A和fζ＇的增大，构成了低涡发展东移的动力因素。最后用平流变化方程和调整变化方程进一步论述了由于高原300 hPa西南风急流的存在，低涡沿急流轴北侧发展东移的动力过程。     

变化涡动沾性系数的Ekman动量近似模式风场结构

在边界层动力学中，涡动粘性系数是影响边界层风场结构的一个重要参数。本文利用边界层动力学中的Ekman动量近似理论，给出了涡动粘性系数随高度缓变条件下的Ekman动量近似边界层模式解，着重讨论了边界层的风场结构、水平散度、垂直涡度以及边界层顶部的垂直速度。结果分析表明：与常值涡动粘性系数情况相比，在边界层低层随高度增加的涡动粘性系数可以导致低层边界层风速随高度迅速增加，即风速垂直切变增加，同时风速矢与地转风之间的夹角减小。惯性项作用可以导致上述作用在气旋性区域减小、而在反气旋性区域增大。随高度增加的涡动粘性系数导致水平散度绝对值、垂直涡度绝对值以及边界层顶部的垂直速度绝对值在气旋性区域减小，而在反气性旋区域增大。涡动粘性系数与惯性之间的非线性相互作用是边界层动力学中重要过程。     

边界层准静止干线触发的中尺度暴雨机理分析

利用NCEP GFS 0.5°×0.5°再分析资料,结合卫星、雷达、加密自动气象站资料,通过合成诊断分析研究了湖北10次由边界层准静止干线触发的中尺度暴雨过程的形成机理,结果表明,该类型暴雨多发生在暖区内,强降水中心稳定少动,范围小,降水维持时间长,雨强一般在30~50 mm。动力机制主要为500 hPa正涡度平流向暴雨区伸展,促使边界层气旋性涡度加强,正涡度柱发展;同时,干线两侧干湿平流加强,产生局部锋生,且边界层正、负温度平流呈偶极分布,产生边界层小扰动,加强了上升运动的发展。对流系统运动表现为明显的后向传播,且后部新生对流单体呈线性排列,依次经过同一位置产生列车效应,有利于降水在同一地点长时间维持。其暴雨落区主要位于边界层干线南侧的湿舌顶端、靠近温湿平流零线的暖湿一侧。     

非绝热加热对热带气旋非对称结构影响的数值试验

利用含非绝热加热强迫的正压涡度方程。将非绝热加热作适当的参数化处理。对初始对称 热带气旋作了一系列数值试验,结果表明：不仅β项、平流项在热带气旋非对称结构的形成中有重要作用,而且非绝热加热对热带气旋的非对称结构亦有重要影响,从而验证了非绝热加热是热带气旋非对称结构形成的一种可能机制的结论。     

中尺度数值模拟中的边界层多尺度湍流参数化方案

该文在多尺度湍流理论的研究成果基础上, 将边界层湍流风谱与平均量的梯度相联系, 建立了边界层多尺度湍流参数化子模式, 之后放入MM5模式中进行了个例模拟研究, 并与MM5模式附带的M RF边界层参数化、Blackadar高分辨率边界层参数化的模拟结果进行比较和分析。结果表明, 多尺度湍流理论能够反映出实际大气边界层中热量垂直输送的规律, 将其用于中尺度数值预报模式的边界层物理过程参数化是可行的; 多尺度湍流参数化在地表层和边界层内各个层次上都着重考虑含能量最大的涡的作用以及水平热力不均匀性的影响, 因此在地形和下垫面比较复杂的区域, 对中尺度天气系统的模拟有进一步发展的前景。     

边界层抽吸引起的旋转减弱

本文在边界层顶垂直速度正比于地转涡度和地转风速,并与下垫面粗糙度有关的前提下,研究了边界层抽吸引起的涡度变化,在圆对称气压系统内得到了不同粗糙度情况下的涡度场和气压场的变化速率,修正了经典理论的结果。在湍流交换系数是地转风速及高度的函数的前提下,推导了地形存在时边界层顶垂直速度的公式,并用来讨论地形存在时的旋转减弱问题。