植冠层结构对其湍流场影响的数值试验

根据湍流应力模式的模拟结果，讨论了植被冠层中湍流能量的平衡特征，并通过数值试验就冠层结构对流场结构的影响进行了分析。     

深圳海岸复杂地形气流与湍流特征的数值模拟

利用三维非静力能量闭合（Ｅ－ε）的边界层模式，以深圳海岸复杂地形进行了实际模拟。结果给出了该地区海陆风情形下气流和湍流孤变化特征。在海风发展盛期，气流方向由大面积的水域和内陆的位置决定，不规则海岸线对局地气流影响不大，夜间陆风时，不规则海岸线对局地气流影响较大，湍流能量高值颁在陆地上空的不稳定层内，水面上湍能很小。模拟结果与实测结果上比较吻合。     

山地露天矿自然通风风流与湍流结构的数值模拟

利用建立的三维非力能量闭合的大气边界层数值模式，研究了中性层结条件下某露天矿自然通风的风流和湍流结构特征及影响因子。研究表明：坑内水平风场在坑底或采壁处受地形的影响很大，在矿采深与开口宽度比较小或者来流风速随高度的切变不大时，坑内气流为平直型，有利于通风；反之坑内则形成环流，且在环流范围内较大的湍能，不利于通风，易产生高浓度的污染物。本模式模拟的结果还与风洞模拟和高阶闭合模式模拟的结果作了检验比较     

城市湍流边界层内汽车尾气扩散规律数值模拟研究

以纳维斯托克斯方程组、大气平流扩散方程、湍流动能及湍流动能耗散率方程组为基础．采用伪不定常方法,建立了一个数值模式．利用该模式列城市湍流边界层内流场结构及汽车排放污染物扩散规律进行了研究。结果表明：街谷内会形成一个涡旋型流场．汽车排放污染物浓度在地面及建筑物背风面产生堆积,且其沿高度方向的梯度变化在背风面大．迎风而小。随着街谷两侧建筑物屋顶风速的增大,峡谷内形成的涡旋流场的强度增大,污染物扩散速率增大：当屋顶来流与街道之间的夹角逐渐增大时．涡旋中心位置由街道中心偏向于背风面及更高层且污染物扩散速度加快。     

森林冠层边界层湍流传输的观测和数值模拟

文中分析和模拟了森林冠层上下动量、热量和水汽传输的特征。结果表明：冠层对动量的吸收十分明显,非局地扩散通量在冠层上下的动量传输中起着很大的作用;白天在冠层下层结稳定,但冠层下观测的感热通量向上传输;夜晚冠层下层结不稳定,但冠层下观测的感热通量向下传输,白天和晚上都出现了热量的反梯度传输现象,从而证明在热量输送中,非局地扩散通量不可忽视。同时对冠层上下的水汽交换特征的分析表明：非局地扩散通量是冠层内水汽向冠层上传输的主要机制。     

大气混合层的数值模拟

本文主要进行了两部分工作；１．利用一套描述混合对流层平均状况的控制方程模拟混合层要素随时间的演变过程。对混合层高度的模拟，采用能量学方法，通过把在混合层顶的能量损耗五混合层内对流和机械湍流动能的产生联系起来，和到混合层顶热通量的参数化表达式，从而使模式方程产合。考虑了影响混合层演浮力，风切变及下沉等因子，并探索一种适合于数值天气预报模式的边界参数化方案。     

植被冠层湍流代数应力模式

从植被冠层湍流时空平均雷诺应力方程出发，根据植被冠层内有关参数化的准则，建立了湍流代数应力模式，并用玉米和小麦两种作物地的实测资料对模式进行了验证。     

一方程模型在植被冠层中的应用

利用建立的一方程模式对植被气象场和湍流场进行了模拟计算。结果表明：在植被叶面积密度最大值处，由植被叶面积产生的阻力使风速急剧减小，而后平缓接近地面风速值。Reynolds应力从植被顶部向下剧烈减小，在Z／Hc值为0．4～0．6之间衰减迅速；冠层下部风速小且切变弱，湍流未能充分发展，因而动量输送甚微。由于在植被内部环境中存在着湍流通量的辐散或辐合的现象，湍流强度从植被底部开始由下至上逐渐增强，在冠层上方则基本保持不变。     

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。     

植被微气象的数值模拟

综合考虑梯度输送和阵性穿透作用，并对植被上方的过渡层作适当处理，提出了植被微气象的一阶闭合模型。它对温、湿、风等物理量垂直分布的模拟精度良好。引用系统优化理论和方法，对模型中参数作多维非线性搜索，结果客观可靠。由于植物本身的调节适应能力和反馈作用，大气与植被间的动量与水热交换机制和过程不尽相同。在动量输送过程中，梯度产生项和阵性穿透皆不可忽视，尤其在群体下部，更为重要；而在热量和水分输送过程中，阵性穿透作用在低矮密集植被中的贡献甚微，梯度产生项起主导作用。     

台风Krovanh(0312)及其台风浪的数值模拟

利用美国NCAR／PSU的中尺度气象模式MM5和第三代海洋风浪模式WAVEWATCHⅢ（WW3）对台风Krovanh（0312）及其引起的台风浪过程进行了数值模拟试验。与观测对比表明：利用三维变分同化技术改进初始场后，MM5模式能够较好地模拟台风的登陆过程，强度变化及移动路径。利用MM5输出的10m风场驱动海浪模式，WW3模式能较好地模拟出海浪中心的位置，但强度较TOPEX／Poseidon（T／P）卫星高度计观测的浪高偏低23％．33％；台风登陆时模拟的风暴潮的强度和空间分布特征与实际海况较为一致。对风场和海浪的分析表明：在空间分布上，海浪分布与台风的中心位置和强度密切相关，当最大风速中心位于台风的右方时，有效浪高中心出现在大风区的下风方；在时间变化上，深水风浪阶段有效浪高相对于海表面最大风速有明显的滞后相关，以滞后4个小时的相关系数最高，达到0.53，之后相关系数逐渐变小，而浅水风浪阶段，由于相对水深变浅，虽然风速少变，但有效浪高随相对水深的减小而迅速增大，登陆时有效浪高迅速减小，与以往研究的结果相一致。     

DIAGNOSTIC ANALYSIS ON THE DYNAMICS AND NUMERICAL SIMULATION OF CLEAR AIR TURBULENCE(CAT)

Clear air turbulence(CAT),a meso-or microscale(subgrid scale)phenomenon occurring insynoptic scale flow field at high altitude,is very difficult to be observed by the conventional obser-vation network.Thus it is necessary to approach an index to predict CAT.But at first,the struc-ture characteristics of CAT should be preanalyzed.In this paper,based on the theoretical and diag-nostic analysis of a case,features for wind profile,energy budget and dynamic mechanism of thiscase were presented.Furthermore,an objective and quantitative index for CAT forecast was giv-en.The verification for its efficiency was done with both real-time observation data and productsfrom a numerical model.The results are very encouraging.     

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。     

p—σRCM模式对中国区域气候季节变化的模拟

通过对区域气候季节变化的模拟，对p-σ坐标系区域气候模式的模拟能力进行了检验，模式较准确地再现了中国区域气候系统的季节性变化特征及中国东部降水带的季节性进退，模拟的各气候区域水的季节变化趋势也与实况基本相符，但模式低估了华东和华南地区的春季降水，而高估了华东，西南和西北地区的秋季降水。     

一次台风暴雨过程的数值模拟和中尺度分析

利用改进的有限区域数值预报模式（AREM）,对“艾利”台风在福建省登陆所造成的特大暴雨过程进行了数值模拟;采用空间带通滤波技术,对模拟结果进行尺度分离,揭示出对此次暴雨天气过程有直接影响的中尺度系统,即中尺度低压和中尺度辐合线;对这些中尺度系统的物理量场特征和它们与强降水的关系进行了分析研究。结果表明：强降水与中尺度系统的散度场有较好的对应关系,中尺度系统与地形相互作用形成很强的辐合抬升作用是造成中尺度暴雨的直接原因。     

NUMERICAL SIMULATION AND MESOSCALE ANALYSIS OF A TORRENTIAL RAIN CAUSED BY TYPHOON

A heavy storm rainfall caused by Typhoon Acre (No.0418) when landing at Fujian has been successfully simulated by using AREM model. The simulation result is scale-separated by spatial band-pass filtering, which reveals the mesoscale low pressure and convergence line that has direct impact on this rainfall process. The physical characteristics of the two mesoscale systems and their relation with rainfall are also analyzed. Study shows that there exists a well corresponding relationship between the storm rainfall and mesoscale divergence and strong updraft arising from the convergence, which is caused by the interactions between the mesoscate systems and topographic features, and is directly responsible for the rainfall.     

不等距分层中尺度η坐标暴雨模式的设计及数值试验

运用加权平均法构造垂直不等距差分格式,设计了16层不等距分层的中尺度η坐标暴雨模式。模式对地形的描述更加细致。对1998年6、7月降水集中的两个时段的降水进行了数值模拟试验,结果表明,不等距模式运行稳定,在暴雨预报方面比等距模式有显著提高。特别是暴雨的范围、中心位置及强度预报得更好,虚假暴雨区大大缩小。     

NUMERICAL SIMULATION OF OZONE DISTRIBUTIONS AND ITS VARIATION MECHANISM

A 2-D global chemistry-transport model is set up in this paper.The model simulates theatmospheric ozone distributions well with specified dynamical conditions.The analysis of ozonevariation mechanism shows that ozone is chemically in quasi-equilibrium except for the polar nightregion where the variation of ozone concentration is under the control of dynamical processes,thatthe oxygen atoms which produce ozone are mainly provided by the photolysis of O_2 in the upperstratosphere and by the photolysis of NO_2 in the lower stratosphere and the troposphere.and thatthe ozone is destroyed mainly by NO_x:the reactions between NO_x and O_3 and the odd oxygen cyclecontribute 80% to more than 90% of the ozone destruction.