用大涡模式研究对流边界层湍流

利用三维对流边界层的大涡模拟模式研究对流边界层湍流统计特征量,模拟结果与前人的同类模拟工作及实验观测结果相比较,得到了一致的结论.       

对流边界层的大涡模拟研究

本文建立了一个均匀平坦地面上对流边界层的大涡模式,模式考虑了水汽,采用了考虑浮力和固壁影响订正的一阶闭合。并用所建模式进行了由热扰动发展的对流边界层的模拟及其对地表热状况变化响应的初步探讨性模拟工作。通过模拟认为,模式较好地反映了对流边界层的主要结构。     

对流边界层中泡状结构的大涡模拟研究

本文提出“连续垂直运动区”的概念，对边界层中的对流泡状运动进行了重新定义。由此将对流边界层划分为上升泡区、下沉泡区和环境气流区，并利用大涡模拟提供的对流边界层数值模拟结果研究这种泡状运动的结构。研究结果较好地解释了一些有关泡状运动结构方面的似乎相互矛盾的观测事实，并揭示了对流泡状运动的一些新的特征。     

一个对流边界层大涡模式的建立与调试

本文介绍一个适合于对流边界层的大涡模式的建立及其调试结果。该大涡模式建立过程中注重于计算的节省，同时也强调原理与方法的简单和合理性。模式的调试表明，对于平坦均一地形的情况，模拟可以获得合理的结果。调试同时显示了模式对较低水平分辨率的适用条件，以及模式应用于模拟较大水平范围问题的可能性。     

对流边界层大涡模式的改进及对夹卷速度的研究

对已建的对流边界层(CBL)大涡模式进行了改进，将次网格闭合方案改为次网格能量闭合，并考虑了水汽的源汇项和水汽相变潜热的作用。通过对均匀下垫面上由热扰动发展的对流边界层的模拟及与实验结果的比较表明，模式较好地模拟了对流边界层的主要物理结构，较好地反映了各物理量之间的对应关系。本文在一定的对流理查森数(Ri*)范围内给出了一些算例，对无量纲夹卷速度(We/W*)进行了研究。结果表明，无量纲夹卷速度随地表热通量(Qs)的增大而增大，随对流边界层上部温度递减率（γ)的增大而减小。当9.06≤Ri*≤45.29时，无量纲夹卷速度We/W*可以拟合成A(Ri*)-1的形式，其中A=0.226。并且与我们的对流槽实验结果，Sullivan等人的大涡模拟结果以及Deardorff等人的对流槽实验结果作了比较，四者吻合较好。     

大气对流边界层中的涡漩结构

大气边界层中存在尺度从几百米到几十公里的大涡漩运动。它们在边界层中动量、热量、水汽等垂直输送中起重要作用。作者从边界层中对流和上部稳定层中波动相互作用的观点，发展得出大涡结构的对流波动理论。根据此理论，大涡的波谱构成主要由上、下层大气中风向、风速、层结以及两层之间的温度跃变等因素决定。本文根据卫星云图和天气资料分析了一次冷空气爆发流经暖洋面上形成云街、对流单体以及它们之间的相互演化的过程，并用对流波动理论，依据各阶段的大气条件计算出它们的波数构成，并得出了垂直速度、辐合带、界面扰动的分布，解释了云街、对流单体的形成、结构及相互转化的原因     

风切变对边界层对流影响的大涡模拟研究

利用"西北干旱区陆-气相互作用野外观测实验"加密观测期间在敦煌站的观测资料以及大涡模式,模拟了对流边界层的发展,以及示踪物从混合层向残留层传输的时空变化。模拟的对流边界层的结构及演变特征与实测结果基本一致。进一步通过有风切变和无风切变的敏感性数值试验,研究了风切变对垂直速度、位温和示踪物浓度的水平分布以及示踪物传输高度的影响。研究结果表明,在有风切变的试验中(甚至风切变仅存在于近地层中),对流边界层的增长加强,而且示踪物被传输的高度也较高。与浮力驱动的对流边界层相比,由浮力和风切变共同驱动的边界层中上升气流较弱而下沉气流较强,但前者的上升气流与下沉气流的分布在垂直方向上更为倾斜。由于夹卷作用的增强,浮力和风切变共同驱动的对流边界层较浮力驱动的对流边界层暖。在夹卷层,浮力和风切变共同驱动的边界层对流的上升气流和下沉气流都比浮力驱动的边界层对流中的强,而且垂直速度的概率密度函数分布也较对称,其位温和示踪物浓度的概率密度函数分布也比浮力驱动的边界层中的平直。对湍流动能收支的分析也表明风切变对湍流动能有重要影响,尤其对夹卷层中的湍流动能切变产生项影响较大。示踪物浓度的概率密度函数垂直分布显示,浮力驱动的边界层中示踪物浓度随高度变化较小,而浮力和风切变共同驱动的边界层中示踪物浓度随高度递减,但是示踪物传输的高度比较高。     

基于大涡模拟评估GRAPES模式对对流边界层的模拟性能

为检验GRAPES半拉格朗日动力框架在大涡尺度上的模拟性能,为未来发展千米及其以下高分辨尺度的数值模式奠定基础,并构造GRAPES大涡模式以检验和发展边界层湍流参数化提供科学工具。通过在GRAPES模式中加入Smagorinsky-Lilly小尺度湍涡参数化,并将模式分辨率提高至50 m,构建GRAPES大涡模式(GRAPES_LES),以便分析GRAPES模式在大涡尺度上的适用性。同时利用广泛应用的已有大涡模式UCLA_LES作为参考,通过对干对流边界层湍流的模拟分析及与UCLA_LES模拟结果的对比,得出如下主要结论:GRAPES半拉格朗日动力框架能够模拟出与已有的大涡模式相似的边界层湍流特征;同时,通过分析也证明GRAPES存在由于采用半拉格朗日平流计算而带来过度耗散的问题:当使用相同的滤波尺度(Smagorinsky 常数)时,GRAPES_LES模拟出的速度场更为平滑,小尺度湍流结构过于光滑,通过对湍流能量的能谱分析更清楚地表明了这一点。进一步,对不同的Smagorinsky常数(对应不同的滤波尺度)进行了敏感性试验,表明可以通过改变滤波尺度,有效地缓解半拉格朗日框架隐含的耗散问题,得到更接近UCLA_LES所模拟的湍流特征。     

高阶矩模式模拟对流边界层的可行性研究

本文建立了二阶矩闭合的大气边界层数值模式,并模拟了Wangara资料第33天09:00—18:00时对流边界层的发展过程。计算结果与实测资料比较吻合,同时利用该模式研究了高阶矩模式模拟对流边界层的可行性,结果指出:二阶矩方程中的湍流扩散项对模拟对流边界层内的挟卷和反梯度现象起主要作用。而局地时间变化项仅影响对流边界层内的边界湍流扩散项。因此,假如处理好二阶矩方程中的湍流扩散项,高阶矩模式和大涡模式一样可以很好地模拟对流边界层的发生、发展。     

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。     

陕西冬季一次大雾天气生消机制的数值模拟

利用非静力平衡中尺度模式WRF、NCEP 1°×1°再分析资料及常规观测资料,对2005年12月30～31日发生在陕西的大雾天气过程进行了数值模拟,分析了大雾天气过程形成的主要原因及雾的生消机制。结果表明,WRF模式能较好地模拟出雾的水平分布特征、强度和生消过程,反映出实际雾的生消变化规律。适当提高模式水平分辨率能较明显地改进模拟效果。这次大雾为平流辐射雾,长波辐射冷却是大雾形成和发展的主要原因。逆温层的发展、维持和近地面层较高的相对湿度对雾的产生和发展起着重要作用。近地面层有弱的水汽辐合是大雾发展和维持的主要原因之一。大雾形成和发展阶段,900 hPa以下的辐合上升运动和900 hPa以上的辐散下沉运动有利于在上升和下沉运动区的界面层中形成逆温层,逆温层的形成有利于低层水汽的积累。随着高空转为辐合上升运动,900 hPa以下为辐散下沉运动,接着日出后,太阳短波辐射增温等的共同作用,使逆温减弱直至被破坏。中高云的存在影响了近地面层逆温的形成和加强,推迟了雾的形成和消散。暖平流的输入有利于逆温层的形成发展。     

Estimation of the error of lidar determination of the transparency of low-turbidity atmosphere

Considered is the method of determination of atmospheric turbidity using weak lidar signals when the problem is mathematically incorrect due to the presence of the background noise. An accuracy of the method can be increased by means of using the procedure of effective averaging and linear approximation of the transmission in the case of the low attenuation coefficient.     

Elements of theory of avalanche-like motion of a mudflow with hyperconcentration of debris

A criterion ratio is proposed which allows to estimate the possibility of origination of avalanche-like motion of a mudflow with hyperconcentration of debris in a certain mudflow-bearing watercourse.     

Dynamic model of accumulation of total biomass of agricultural crops

Issues concerning the growth and biological time of agricultural crops are under consideration. A closed system of equations is derived for calculating total dry biomass and biological time of plants. The model parameters are given, and the model is verified based on the experimental data of observations of the sunflower in the southern conditions of the Ukraine.     

T106数值预报产品在赣南温度预报中的释用

利用1995年7～9月、1996年7～8月24～144h、1000～500hPa的T106格点资料与赣南17个县（市）的最高、最低、平均温度作相关分析;用逐步回归方法建立了分县逐日滚动预报方程。并用1996年9月份T106格点资料对方法进行检验,同时对预报方法及T106产品在温度预报中的释用能力作了初步分析。     

2005年夏季中国东部气候异常分析--中国科学院大气物理研究所短期气候预测检验

简要比较了中国科学院大气物理研究所对2005年夏季中国降水跨季度预测与实况的异同,并对2005年夏季我国主要雨带及降水偏少区的形成与东亚热带、副热带以及中高纬度大气环流系统的配置进行了分析。对2005年夏季西太平洋副高的异常活动预测不好,这是造成跨季度降水预测有失误之处的主要原因之一。2005年夏季在亚洲对流层中高层,沿着副热带急流轴准静止Rossby波有几次能量传播过程,西太平洋副高的北抬与西伸与副热带急流中Rossby波的活动强度有一定的对应关系,因而产生了亚洲不同地区高影响性的灾害性天气。     

测量NO气体吸收截面的方法

差分吸收光谱技术(DOAS)已经被广泛用于各种污染气体浓度的测量,其中影响其测量精度的主要因素就是气体吸收截面的测量.利用Lambert Beer 吸收定律以及自主设计的测量装置对大气的主要污染气体NO的吸收截面进行了测量,并采用多项式拟合的方法提高了测量的精度,根据所测得的吸收截面反演了NO气体的浓度值,取得了良好的效果.     

An analysis of the causes of meandering tracks of typhoons

Criteria of the free meandering tracks of typhoons are derived from the general solutions of typhoon motion equations. It is suggested that the meandering motion of a typhoon is caused by the combination of the internal force, the initial speed of the typhoon and the average pressure gradient force of the typhoon volume affected by the environmental pressure field. It is also revealed that under specified circumstances, the meandering may be caused only by the typhoon’s internal force. Finally two examples of fitting calculation are given for illustration.     

小麦腥黑穗病气象条件分析及防治措施

本文主要通过对晋城市2005年、2006年及历年平均气象要素与农业气象观测资料对比,分析气象条件对小麦腥黑穗病农业病害的影响程度,从而提出治理对策。     

RG13型雨量传感器测量结果的不确定度评定

国内民航机场主要使用的雨量观测设备为芬兰维萨拉公司生产的RG13型雨量传感器,为保证雨量测量数据的真实可靠,对其测量结果的不确定度分析很有必要。根据自动气象站现场校准方法,分别进行大雨强和小雨强的重复测试,并依据JJF1059.1-2012测量不确定度的评定与表示要求,进行A类不确定度评定。分析测量过程中的B类不确定度来源,进行B类评定,最终给出扩展不确定度。结果表明：在小雨强下,测量不确定度为U95=0.17mm,包含因子k=2。在大雨强下,测量不确定度为U95=0.16mm,包含因子k=2。该研究完善了雨量传感器的现场校准工作流程,对雨量传感器测量结果的可信度评定具有参考价值。