臭氧对夏季大气环流影响的数值模拟

利用球带ｐ－σ坐标系模式，模拟了臭氧对夏季大气环流的作用，结果表明，臭氧作用引入模式后，大气高压环流特征得到显著改善，臭氧使高层大气的加热率增大；对低层大气，虽然臭氧的加热作用很小，但可通过改变其他加热场分量的分布和量值，从而改变总加热率，使低层大气环流同样发生变化。     

大气边界的室内模拟研究—夹卷层温度场结构分析

利用室内水槽模拟大气对流边界层，并用多探头测量和光学方法测量分析夹卷层的夹卷过程和温度场结构。测量结果表明，夹卷层的温度场不同于各向同性湍流场，主要原因是夹卷层中含有一些大尺度的相干涡旋。     

大气边界层数值模式的发展

本文简要介绍了目前较为常用的一些边界层数值模式及其发展概况，同时也介绍了一些常用的模拟方法及各自的优缺点，最后简述了边界层数据模拟的发展趋势。     

利用WRF对兰州冬季大气边界层的数值模拟

本文介绍了WRF中尺度模式的有关概况,分析了模式的物理结构,并利用WRF中尺度模式对河谷城市兰州冬季大气边界层的风场和温度场进行了数值模拟研究。模拟结果与观测事实基本一致,表明WRF模式具有良好的稳定性能。     

大气边界层的室内模拟研究--夹卷层温度场结构分析

利用室内水槽模拟大气对流边界层,并用多探头测量和光学方法测量分析夹卷层的夹卷过程和温度场结构.测量结果表明,夹卷层的温度场不同于各向同性湍流场,主要原因是夹卷层中含有一些大尺度的相干涡旋.     

冷锋天气大气边界层内臭氧及 氮氧化物的观测研究

利用北京325 m气象塔作为高空平台,于1997年10月观测到一次冷锋过程大气边界层内O3及NOx体积分数的变化,研究了O3及NOx体积分数与气象要素之间的关系,着重讨论了冷锋过境前后O3及NOx的体积分数变化及其与输送过程的关系。研究表明:北京大气边界层中下层存在明显的O3体积分数垂直梯度,O3的垂直输送与风速及温度梯度密切相关。冷锋过程有利于高层O3向低层输送,使O3体积分数垂直梯度明显减小,并使NOx体积分数显著降低。     

兰州市冬季大气边界层结构特征的观测和数值模拟研究

本文利用甘肃省政府和中国科学院的科技合作项目"兰州市大气污染及对策研究"所获得的系留气球探空资料,并且结合数值模拟方法,对兰州市冬季大气边界层温度场特征进行了对比分析,结果表明:在没有特殊天气过程的典型冬季代表性时段,山谷城市兰州逆温边界层结构无论白天或夜间都存在,而且经常出现多层逆温和白天的脱地逆温情况,只有当冷空气过境时,逆温现象才减弱或消失;与观测结果相比较可以看出,数值模拟结果基本上反应了温度场的主要特征。     

大气边界层中沙粒悬移运动的数值模拟

将双时间法和k-ε湍流闭合模型应用于求解雷诺平均的Navier-Stokes方程,模拟了沙地、沙丘流场.在此基础上,应用梯度输送理论求解平流扩散方程,模拟了平坦沙地、单个沙丘和连续沙丘周围沙粒的悬移.结果表明:1)来流的风速度足够大,使得地面摩擦速度大于起沙的临界速度,这是沙粒发生悬移的必要条件.但是光有足够的风速还是不够的,要使卷入空中的沙粒能在较大的高度范围内扩散,流场中必须存在一定强度的抬升气流.比较剧烈的地形起伏容易造成流动的不稳定;2)只有流场中存在抬升气流,才会使沙粒扩散到较高的高度;3)平坦地形时气流偏折主要是压力梯度的作用;而在沙丘起伏的表面,气流偏折受沙丘地形的影响很大.     

NUMERICAL SIMULATIONS OF THE EFFECTS OF AEROSOLS IN THE ATMOSPHERIC BOUNDARY LAYER ON THE CLIMATE

The climatic effects of the atmospheric boundary aerosols are studied by the use of a three-dimensional climatemodel.Simulated results show that the climate states both at the surface and in the atmosphere change remarkably whenthe aerosols with different optical thicknesses and properties are introduced into the atmospheric boundary layer of themodel.The aerosols absorb and scatter the solar shortwave radiation,therefore,they reduce the solar energy reachingthe ground surface and decrease the surface and the soil temperatures.The temperature in the boundary layer increasesbecause of the supplementary absorption of radiation by the boundary aerosols.In the atmosphere,the temperatures atall isobaric surfaces rise up except for the 100 hPa level.The atmospheric temperatures below the 500 hPa level aredirectly influenced by the boundary aerosols,while the atmospheric temperatures above the 500 hPa level are influencedby the heating due to convective condensation and the changes in the vertical motion field.Cyclonic differential circula-tions appear over the desert areas at the low levels,and anticyclonic differential circulations exist at the upper levels inthe horizontal flow fields.The vertical motions change in correspondence with the differential circulations.The changesin precipitation are directly related to that of vertical motions.The mechanisms of climate effects of the boundaryaerosols are also discussed in this paper.     

沙漠土壤和大气边界层中水热交换和传输的数值模拟研究

为了解沙漠土壤和大气边界层系统中的水分和能量的交换和传输特征，本文发展了一个一维耦合模式，其中包括一个同时考虑土壤中液态水及气态水运动的沙漠土壤模式和一个基于非局地过渡湍流闭合方案的大气边界层模式。用这一耦合模式对沙漠土壤和大气界面的水热交换及沙漠土壤和大气边界层中的水热输送过程进行了模拟，同时与ＨＥＩＦＥ（ＨｅｉｈｅＲｉｖｅｒＢａｓｉｎＦｉｅｌｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔ）沙漠站的有关资料进行了对比。模拟结果表明约６５％的净辐射能以感热（５０％）和潜热（１５％）的形式提供大气，约３５％的净辐射能以地热流量的形式进入土壤。土壤表层２ｃｍ的范围表现为水热传输的活跃层，水分和温度廓线呈现剧烈的日变化。模拟结果同时表明沙漠土壤中水分传输以气态水为主，如果忽略土壤中的气态水运动，地气界面的水汽通量计算及边界层内的湿度及水汽通量的计算会产生较大的误差     

NUMERICAL SIMULATION OF THE ATMOSPHERIC MIXED LAYER

In this paper,mixed layer height and certain mean elements are predicted by using a dry mixed layer model.Their variation with time and some basic properties are discussed.The model is tested with the 1967 Australian Wangara experimental data.Comparison of the calculated results with the observed data is conducted.The aim of this paper is to build a predictive model describing the basic properties of the mixed layer and attempts to formulate a boundary layer parameterization scheme suitable for the numerical weather prediction model.     

复杂下垫面地域边界层结构的三维细网格数值模拟

建立了一个可供复杂下垫面地域使用的非静力的三维细网格边界层模式，就复杂下垫面条件下的边界层结构和湍流特征作了以实例为对照的数值模拟试验，模式采用能量闭合方案，舍弃了静力近似。以实测资料为初台输入，同时还做了一些数值试验，分别获得了采用静力与非静力模式和不同闭合方案对ＰＢＬ模型的结果。     

半干旱区植被覆盖度对边界层气候热力影响的数值模拟

在陆－气相互作用的中小尺度系统研究中，水平非均匀下垫面的强迫作用是主要的物理过程。本文利用能量闭合二维陆面过程与大气边界层耦合模式，研究了我国西北半干旱地区（３８°Ｎ，１０５°Ｅ）夏季下垫面物理特征的变化对区域边界层气候的影响。结果表明：土壤湿度、植被覆盖度对局地环流和区域边界层气候的形成起着决定性的作用。模拟结果揭示了在半干旱地区大面积植树造林、提高植被覆盖度，可涵养土壤水分，改善局地生态环境，是人工持续改造干旱、半干旱荒漠地区局地气候的重要途径。     

大气边界层的数值模式

从大气边界层温湿特征的模拟,讨论模式的设计和处理。模式计算所得位温,混合比垂直廓线和混合层厚度等随时间变化基本反映实际大气边界层的一些特点。并从地气之间热量收支、土壤热传导方程出发计算地面温度日变化。利用Clarke的Wangara资料计算了24小时内它们的变化,并与观测值进行比较。本文还对温湿预报方程的数值解的稳定性进行了讨论。     

不同边界层参数化方案对台风“利奇马”模拟的影响研究

基于中尺度数值模式WRF,对比分析了六种大气边界层物理过程参数化方案（BouLac、MYJ、UW、YSU、ACM2、SH）对台风“利奇马”模拟结果的影响。结果表明,不同边界层方案对“利奇马”路径的模拟结果影响较小,但对其强度和结构演变的模拟结果影响显著。其中,局地闭合方案UW方案模拟的结果最强,局地闭合方案BouLac次之,而局地闭合方案MYJ和三种非局地闭合方案YSU、ACM2和SH的模拟强度都较弱。这些方案中,BouLac模拟的海平面最低气压与实况最为接近。通过对比这些边界层方案的模拟结果发现,由于台风强度的差异受到热力和动力的共同影响,边界层方案如模拟得到的地表潜热通量和边界层中湍流扩散系数较大,将导致较大的径向风和低层辐合,从而模拟得到较强的台风强度;反之,则台风强度较弱。     

NUMERICAL SIMULATIONS OF THE EFFECTS OF AEROSOLS IN THE ATMOSPHERIC BOUNDARY LAYER ON THE CLIMATE*

The climatic effects of the atmospheric boundary aerosols are studied by the use of a three-dimensional climate model.Simulated results show that the climate states both at the surface and in the atmosphere change remarkably when the aerosols with different optical thicknesses and properties are introduced into the atmospheric boundary layer of the model.The aerosols absorb and scatter the solar shortwave radiation,therefore,they reduce the solar energy reaching the ground surface and decrease the surface and the soil temperatures.The temperature in the boundary layer increase because of the supplementary absorption of radiation by the boundary aerosols.In the atmosphere,the temperatures at all isobaric surfaces rise up except for the 100 hPa level.The atmospheric temperatures below the 500 hPa level are directly influenced by the boundary aerosols,while the atmospheric temperatures above the 500 hPa level are influenced by the heating due to convective condensation and the changes in the vertical motion field.Cyclonic differential circulations appear over the desert areas at the low levels,and anticyclonic differential circulations exist at the upper levels in the horizontal flow fields.The vertical motions change in correspondence with the differential circulations.The changes in precipitation are directly related to that of vertical motions.The mechanisms of climate effects of the boundary aerosols are also discussed in this paper.