干旱地区边界层物理和我所边界层物理研究的回顾

我所建立不久,根据我国经济建设的需要,1962年以苏从先为首开始组建了“近地面层物理”学科组,是我国西北地区第一个大气边界层物理的研究实体。几经演变成为目前具有一定规模的“大气边界层物理”和“大气环境”研究室。我所先后按国家建设需要提出了一系列边界层研究课题。为了解决西北干旱地区农业提     

台风移动规律的研究 Ⅱ.小地形与边界层的动力作用

从支配台风中心移动的基本方程出发，着重分析了小地形（地形高度与台风系统的的垂直厚度相双为小量）的抬升作用和边界层的摩擦作用对台风移动影响的定性特征。结果表明，较高地势对台风有“吸收”作用；边界层摩擦辐合引起的艾克曼抽吸有利于台风产生沿局地流场引导速度方向的加速度。     

赤道带边界层结构的数值研究

在气压随纬度的不同分布条件下，数值求解了二维赤道带大气边界层非线性运动方程组，得到了不同气压分布下赤道带边界层运动特征，显示了平流的重要作用。在赤道带存在低压槽或气压单调随纬度增加而减少的情况下，都得出在赤道附近某纬度有一相应于赤道辐合带（ＩＴＣＺ）的垂直运动大值集中区域存在，克服了前人用临界纬度机制解释边界层大抽吸速度时略去重要的非线性项的处理上的困难。     

对流边界层中的一个双高斯型PDF扩散模式

对流边界层（ＣＢＬ）中的污染扩散是非高斯型的。本文在下列三个假设下建立了双高斯型几率分布函数（ＰＤＦ）模式：１．对流边界层任一确定高度铅直速度Ｗ的几率分布函数ｐｗ由两个高斯分布迭加而成；２．从污染源释放的粒子具有源高的铅直速度几率分布，且其轨迹是线性的；３．粒子在地面的反射为全反射，在混合层高度Ｚｉ为全反射或有部分吸收。然后分析了三个高度上铅直速度Ｗ的一些统计特征量，比较了由ＰＤＦ模式计算的横风向积分浓度和Ｌａｍｂ的数值模拟［１－３］，Ｄｅａｒｄｏｒｆｆ的水槽模拟［４－６］结果，并用美国ＣＯＮＤＯＲＳ计划的外场试验资料［７］对ＰＤＦ模式进行了验证，结果均相当一致。     

山地边界层中场变量的动力学研究

采用与实测较接近的二次函数来表达Ｅｋｍａｎ层中的湍流粘性系数Ｋ，在圆形气压场条件下，求得了山地上空边界层中的风速，进而求得散度、涡度和垂直速度等场变量随高度的分布。并作图分析了这些场变量的一些动力学特征。改进了以往在求解析解时，略去运动方程中湍流粘性力项中的关于高度的一阶导数项，以及取山坡面上风速为零作下边界条件等欠合理欠精确的做法。所求得的风速、散度、涡度和垂直速度均用简单的初等函数表示出来，有助于边界层参数化和深化对边界层动力学的认识。     

河西走廊风能时空特征

利用河西走廊地区1970-2004年风速气候资料和2004年9月-2005年8月周年风塔精细资料,采用气候订正和即时风速订正,得到接近自然的风速,依此研究了该区域近地面70 m层内风能分布。结果表明:河西走廊区域风速变幅较小、气候变化趋势较稳定;有效风速(≥3 m/s)时数在6 000 h/a,10 m高度风能大多在150 w/m2以上,风能随高度线形增长(在70 m高度层内),平均每升高10 m风能增加28 w/m2;10~70 m层内总风能年储量相当丰富,普遍在1.5×1016kWh/m2(千瓦时/平方米)以上,潜在年产值达千万亿元。河西走廊风能存在明显周日和月季变化,风能和有效风速时数存在空间差异,其时空差异与河西走廊独特的戈壁下垫面关系密切。     

城市边界层湍流和下垫面空气动力学参数观测研究

城市大气边界层中的湍流交换和下垫面空气动力学参数的观测研究是城市环境气象研究的重要内容。文章概述了城市大气边界层中湍流的观测方法和计算城市下垫面空气动力学参数的可行性方案。对城市湍流的基本特性和城市边界层的垂直结构、城市边界层观测的历史、城市下垫面空气动力学参数的估算以及存在的问题进行了讨论。     

MM5中新边界层方案的引入和对比试验

本文介绍了一种新的边界层方案，即E－ε－1方案，并用五种层结下的通量廓线关系计算地面通量，将其引入到中尺度数值天气预报模式MM5中，并用新的边界层方案对江淮流域存季暴雨进行了短期模拟，与此同时，对新的方案和模式原有的各种边界层方案作了比较，对此得到了一些有价值的结果。     

用变分法修正黑河试验数据的初步研究

为了对黑河试验观测资料进行订正,利用一个一维边界层垂直扩散模式和以拟牛顿极小化算法为基础的最优化方法建立了一个变分同化系统,其中,目标函数相对于控制变量的梯度用扰动法求取.并利用模式资料和黑河试验若干时刻的观测资料进行了一些数值试验.试验证明,将初始场变量与模式误差系数同时作为控制变量加以调整,能够有效调整初始场观测资料.并且,用变分同化方法能够较线性插值(时间、空间)方法更有效、合理的修正黑河试验观测资料场的种种缺陷.     

边界层内冷锋流场的动力学特征

文中求解了锋面存在时地转动量近似下的大气边界层运动方程 ,得到了边界层内冷锋流场的一些特征 ,如冷锋坡度随地转涡度增加而增加 ,随地转风速时间倾向的增加而增加 ,随沿锋面传播方向的热成风分量的减少而增加。而边界层内冷锋面上下的流场与锋面坡度、地转风及其时空变化特征有关 ,共同特点是在冷锋面高度以下有下滑运动 ,而其上有一层上滑运动区。