Monte—Carlo法模拟复杂地形对扩散的影响

不考虑边界层中层结作用，引入Ｋａｏ得到的复杂地形中的平均流场分布和近十年来ＰＢＬ实验和理论研究导出的新的湍流统计量参数化关系，本文用Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ模式模拟了复杂地形对扩散的影响，结果表明：地形的影响主要是迎风坡抬升和背风坡下沉；陡峭地形和平缓地形的影响不完全相同；在陡峭地形和大的平缓地形的背风坡能够形成空腔区，空腔区内出现闭合的浓度中心，且地形越陡峭，闭合浓度中心的范围越大；大地形对扩散的     

地形对地转适应和锋生的影响

作者的目的是分析地形对由于热力差异所引起的局地锋生现象和地转适应过程的影响．为此，分别用零位涡流和均匀位涡流来近似代替实际大气，并借助位涡、绝对动量、位温的守恒关系，就地形对适应锋生和适应过程中能量转换等问题进行了简单讨论。初始位温扰动的水平分布及其相对于地形的位置对适应锋生有重要影响。当初始热力扰动主要位于地形迎风坡山脚时，地形不利于锋面形成，这时要形成锋面不连续，初始位温梯度的水平变化必须非常显著；当初始热力扰动主要位于山顶附近时，地形促进流体运动的辐合，有利于锋面不连续的形成，这时即使初始位温梯度的水平变化不是很大，也可能会形成锋面；当初始热力扰动主要位于背风坡时，地形是否有利于锋面不连续的形成取决于流体的层结情况，如果流体的基本层结很弱，地形促进锋面不连续的形成，反之，地形不利于锋面不连续的形成，这种差异主要是由于在这两种情况下，地形引起的下沉增温效应的强弱是不同的。另外，地形对地转适应过程中动能和位能之间的能量转换率也有影响，与没有地形的情况相比，当初始热力差异显著区位于迎风坡时，能量转换率减小，当不平衡场位于背风坡时，能量转换率增加，原因是在迎风坡流体要克服重力作功，在背风坡重力对流体作正功。     

三维非静力中—β尺度动力学预报模式的应用研究Ⅲ:关中地区边界层结构的数值模拟

本文利用已建立的三维非静力中－β尺度动力学预报模式［1］以1996—3—31和6—1为实例，模拟研究关中地区地形的动力和热力效应对边界层结构的影响。模拟结果表明：起伏地形对垂直流场及低层风场影响较大；迎风坡空气抬升，背风坡空气下沉；层结稳定时易形成背风波，层结不稳定时，在背风波和水平温度梯度（地表性状不同）的共同作用下，在地形边界处易形成局地环流；除迎风坡空气抬升和背风坡引起上升运动外，还有地形加热引起的上升运动，它们对于水汽、能量等的垂直输送起着重要作用。     

背风坡流场和浓度场的数值模拟

本文利用数值积分方法求解二维山地地形大气热力-动力学方程组以及扩散方程。模拟了山地背风坡的流场情况.作为应用,模拟了背风坡不同位置上的排放源在不同的大气稳定度条件下浓度场的分布情况,通过浓度场的垂直扩散方差σ_z~2和实测资料的比较表明:本模式能够反映不同地形和不同天气条件下的污染物质输送及扩散状况,因而有可能成为解决复杂地形上污染扩散的实用方法.     

地形对于气流运动影响的数值研究

建立了二维、非静力平衡的数值模式，研究地形对上游气流的阻挡以及大振幅背风波谷与下坡风的形成。结果表明：地形的阻挡效应受地形高度、大气层结及地形非对称性等因子的影响。数值试验与理论分析都证明地形越高、层结越稳定时阻挡作用越强；同样条件下，迎风坡坡度大的地形容易对气流形成阻挡。此外，分析了地形高度、大气层结、地形非对称性以及基本入流大小对背风波谷及下坡风强度影响的规律，并通过一次实际观测对数值模拟结果进行了检验。     

一次鄂西地区暴雨过程中地形敏感性试验研究

利用WRF模式中提供的不同平滑地形方案对2007年5月30-31日发生在湖北西部地区的暴雨过程进行数值模拟。在此基础上,利用WRF模式进行地形高度敏感性试验。结果表明：地形平滑方案与降水的时空分布有很大的相关性,地形越接近实际地形,降水的时空分布越接近实况;地形高度对降水的强度及落区影响较大,随着山脉地形高度的增加,迎风坡和背风坡的2个降水中心带有远离山脉的趋势,当山脉高度达到一定高度以后,迎风坡和背风坡的两个降水中心带又有靠近山脉的趋势。     

地形上空边界层流中低层锋面结构的理论研究Ⅰ:冷锋、均匀地转流

文中利用一个包含地形、边界层摩擦作用的二层锋面简化模型,讨论了地形、边界层对冷锋锋面结构、环流的动力学影响作用问题.冷锋的倾斜主要与冷锋暖区的地转流分布、锋面移动速度、锋面与地形的相对位置有关.当冷锋位于迎风坡时,其坡度减小,位于背风坡时,其坡度增大.在静止冷锋存在两类不同的环流系,即位于大气低层、地面锋附近的反时针环流系和远离地面锋的顺时针环流系.静止冷锋位于背风坡,其冷域中的这支闭合环流增强,范围增大,而位于冷锋界面上的环流转向点沿锋面上移,暖域中沿锋面的暖空气运动范围变大.当静止冷锋位于迎风坡时,结果相反.冷锋移动较慢时,其冷域远离地面锋的这支顺时针环流主体可被地形完全阻塞在迎风坡.当静止冷锋移离地形时,由于地形作用可在锋面暖域、地形下游形成一个背风槽.地形对锋区的垂直运动影响主要通过地形与边界层共同作用,改变锋区流场辐合辐散的分布及地形强迫抬升两条途径实现.由于边界层摩擦的辐合作用,在地面冷锋的前缘可形成一支范围较窄、强度较大的上升运动带,当冷锋位于迎风坡时,其强度增强,当冷锋位于背风坡时,其强度减弱.当冷锋位于背风坡时,在暖区沿锋面上升的暖空气运动范围增大,可以出现沿锋面相间隔的多个上升区.     

三维非静力E—ε闭合模式对山体流场及浓度分布的模拟

本文采用三维非静力E-ε闭合模式,在对流层边界层方程组中,加入湍能和耗散率方程描述边界层中的湍流运动。求解孤立三维山地地形上的流场、湍流场和浓度场,并分析地形对气流的影响及对污染物浓度分布的影响。同时做了不同坡度和不同风速下的孤立三维山体的流场、湍流场和浓度场比较。数值计算结果表明,地形能改变气流运动,气流过山时将出现分支现象,山后背坡有反向回流出现,并且回流区大小随着山体坡度的增大而增大。山体对气流的阻挡作用随山体高度的增加而更明显,随风速的增加而减弱。湍能及耗散率随高度衰减较快。随着山体坡度增加,山前气流的垂直速度也增加,湍流运动更强。风速大时湍流运动越显著。污染物在山前出现辐散,迎风坡是浓度高值区,山后背风坡也是相对高值区。山坡度越大,山前迎风坡污物浓度越高。     

地形上空边界层流中低层锋面结构的理论研究 I：冷锋、均匀地转流

文中利用一个包含地形、边界层摩擦作用的二层锋面简化模型 ,讨论了地形、边界层对冷锋锋面结构、环流的动力学影响作用问题。冷锋的倾斜主要与冷锋暖区的地转流分布、锋面移动速度、锋面与地形的相对位置有关。当冷锋位于迎风坡时 ,其坡度减小 ,位于背风坡时 ,其坡度增大。在静止冷锋存在两类不同的环流系 ,即位于大气低层、地面锋附近的反时针环流系和远离地面锋的顺时针环流系。静止冷锋位于背风坡 ,其冷域中的这支闭合环流增强 ,范围增大 ,而位于冷锋界面上的环流转向点沿锋面上移 ,暖域中沿锋面的暖空气运动范围变大。当静止冷锋位于迎风坡时 ,结果相反。冷锋移动较慢时 ,其冷域远离地面锋的这支顺时针环流主体可被地形完全阻塞在迎风坡。当静止冷锋移离地形时 ,由于地形作用可在锋面暖域、地形下游形成一个背风槽。地形对锋区的垂直运动影响主要通过地形与边界层共同作用 ,改变锋区流场辐合辐散的分布及地形强迫抬升两条途径实现。由于边界层摩擦的辐合作用 ,在地面冷锋的前缘可形成一支范围较窄、强度较大的上升运动带 ,当冷锋位于迎风坡时 ,其强度增强 ,当冷锋位于背风坡时 ,其强度减弱。当冷锋位于背风坡时 ,在暖区沿锋面上升的暖空气运动范围增大 ,可以出现沿锋面相间隔的多个上升区     

对称和非对称地形对冷锋锋生过程的影响

本文利用半地转模式研究了对称和非对称地形以及双地形对冷锋锋生过程的影响。计算结果显示，地形坡度愈大，越容易产生背风气旋，并且其强度也愈大；背风气旋的强度主要由背风坡坡度决定。山对锋面垂直速度的增幅作用随地形坡度增大而增大，地形坡度越大．出现多次极大上升速度的可能性也越大。冷锋过双地形时，其锋面强度有两次减弱和加强的过程，上升速度得到明显加强，并有可能在锋前产生多条中尺度上升运动带，在合适的水汽条件下，冷锋过双地形有可能产生多重中尺度雨带，其间隔与锋面本身的尺度相当。     

基于DEM的复杂地形下太阳散射辐射分布式模拟——以贵州高原为例

由于坡度、坡向和地形之间相互遮蔽等局地地形因子的影响,确定实际复杂地形下太阳散射辐射是比较困难的.本文在前人研究的基础上,对以前的模型进行了一些改进,考虑了坡度、坡向和地形相互遮蔽作用对复杂地形下天文辐射的影响,基于数字高程模型(DEM)数据,研制了以复杂地形下天文辐射为起始数据的复杂地形下太阳散射辐射的分布式模型,在模型中还考虑了散射辐射的各向异性.以地形复杂的贵州高原为例,应用100 m×100 m分辨率的DEM数据及气象站常规观测气象资料,计算了贵州高原复杂地形下各月及年的太阳散射辐射精细空间分布.结果表明:(1)局地地形因子(如坡度、坡向和地形遮蔽)对贵州高原复杂地形下太阳散射辐射的空间分布影响较大,随着地形的起伏变化,太阳散射辐射的空间分布明显不同,纬向分布特征不明显.(2)对于太阳散射辐射而言,地形对其的影响仍然很大,在太阳散射辐射计算时也是不容忽视的.     

SOME MEASUREMENTS OF TURBULENCE CHARACTERISTICS OVER COMPLEX TERRAIN

Results are presented from a windturbulence measurements campaign at the summit of ahill in complex terrain in Andros island (Greece)where a wind turbine park has been constructed. Meanturbulence parameters and power spectra from three 30 mmasts located at the summit, upwind and downwind ofthe hill are analysed to ascertain the differencesfrom respective parameters in flat terrain and toassess the influence of the irregular topography. Thevariances of the horizontal (vertical) wind components are found tobe smaller (larger) than the onesfrom flat terrain. Of the available correlations forthe power spectra, the Von Karman one was found togive better results, although the low frequency partsshow pronounced lags. The asymmetry of the upwindterrain for different wind directions and especiallyits slope is clearly felt both by variances and byspectra. This influence, as expected, is found toincrease with increasing stability. These results havean important significance for wind turbine design andwind energy utilisation.     

爬流和绕流对山地突发性暴雨的影响

利用ERA5再分析资料和融合降水数据,针对2018年5月21-22日发生在中国四川盆地西南部的一次山地突发性暴雨,首先对其降水强度和天气概况进行相关分析,并且通过绕流和爬流方程,将流场分解为绕流和爬流分量,重点探讨地形对于过山气流的影响及其对降水的作用.研究表明:受欧亚中高纬低槽槽后西北气流引导冷空气南下和西南低涡东移...     

山区复杂地形上区域大气质量模式的试验研究

由于复杂地形上的气流多变，所以，进行区域空气质量模拟是比较困难的。根据大气污染总量控制和环境规划的需要，发展了一种可适用于山谷城市的大气质量模式，该模式的主要特点；（１）采用目前尚少的复杂地形上的三维边界层模式作为大气扩散模式所需城三维边界层要素场；（２）用复杂地形上的三维以模式和斯扩散氏架源（包括面源）和主架源所造在的地面ＳＯ２浓度，然后将两者的模拟浓度在相应网各上叠加。验证结果表明，该混合模式     

地形及城市下垫面对北京夏季高温影响的数值研究

应用中尺度MM5v3模式，对2002年7月14日的高温过程进行模拟分析，探讨了北京周边地形及城市下垫面对气温变化的影响。结果表明，地形对气温的影响主要是通过焚风效应来实现的，它加剧了背风坡一侧高温的强度。敏感性试验还表明，城市下垫面通过所获得感热和释放潜热的不同进而影响近地面层温度，采用真实地表能较好改进模式对逐时气温演变、日最高气温及其出现时间的模拟精度。     

复杂地形下黑河流域的太阳辐射计算

基于数字高程模型(DEM)数据,在充分考虑了地形因子对太阳直接辐射和散射辐射的影响后,实际计算了起伏地形下黑河流域的太阳辐射。在忽略地表和大气之间的多次反射后,地表太阳总辐射计为三项:按起伏坡面上实际入射角考虑的太阳直接辐射、经过下垫面天空视角因子订正的坡面天空散射辐射和考虑周围地形反射效应的附加辐射。计算结果表明:局地地形起伏对太阳直接辐射、总辐射空间分布的影响非常强烈,使得复杂地形下不同坡向间总辐射和直接辐射平均计算差额十分显著,且太阳天顶角从较小增大至中等大小时,这两种平均计算差额均加大一倍多;在较小和中等大小太阳天顶角下,不同坡向间总辐射平均计算差额,均较相同条件下直接辐射平均计算差额为小,这是因为总辐射还包括了天空漫射和邻近地形反射辐射因子,这两个因子和坡面上太阳入射方位的变化共同影响地表入射太阳辐射;起伏地形主要使得太阳辐射在局地区域内背阴、向阳坡向间发生显著的重新分配。因此,在复杂地形地区进行太阳辐射计算时必须考虑地形的影响。     

复杂山区上空垂直速度场和热力对流活动的理想数值模拟

利用英国气象局高分辨率的边界层数值模式BLASIUS,针对中国西北一个复杂山区进行了一系列的理想数值模拟,分析了在不同天气条件下山区上空的垂直速度场分布和对流特征以及地形对热力对流活动的影响,同时讨论了与地形有关的对流触发机制。模式结果表明,复杂山区的垂直运动在稳定层结和风速较大的情况下较易预测,而在中性层结下,山区上空的垂直运动分布随机性强。在Froude数小于0.5的条件下,气流往往被山峰阻塞而在迎风坡造成地形强迫和辐合性抬升,从而易在迎风坡触发深对流活动;在背风坡则由于迎风坡的绕流重新辐合而造成垂直运动。绕流的辐合是触发深对流活动的另一重要因子。在大风或Froude数较大的条件下,地形重力波容易在山地下游被激发。地形重力波与对流活动的相互影响在模式中清楚可见。在适当的条件下,重力波除了可以与对流活动相耦合从而使气团上升到更高的高度外,重力波的走向很可能会影响到深对流系统的传播路径。研究还发现稳定度对相邻两条对流线之间的距离长短也有影响。稳定度较小时,相邻两条对流线之间的平均宽度趋向变大而单个对流线的强度也相应变大。定量化的结论和理论升华值得进一步的数值模拟研究。     

修正WRF次网格地形方案及其对风速模拟的影响

复杂地形区域风场模拟的准确率一直是风能研究领域的难点和重点。WRF模式是目前风能评估领域应用最广泛的天气数值模式之一,但该模式在复杂地形区域存在对平原、山谷风速高估且对山顶风速低估的系统性误差,并有研究建立次网格地形方案以订正误差。而次网格地形方案在不同水平分辨率下常出现错误的修正结果,该文基于高精度地形高程数据分析了方案失效的主要原因,发现其方程组中判断山体形态特征的阈值-20在过低和过高水平分辨率下均失去参考性。针对这一原因,将方案中影响关键参数C_t的地形高度算子与模式水平分辨率进行拟合,形成地形高度算子与水平分辨率相依赖的线性关系,获得不同分辨率下更适合的山体形态阈值。通过与自动气象站10 m风速对比分析了修正前后WRF对低层风速的模拟效果,结果显示:修正后的次网格地形方案能够分别在较低和较高分辨率下,部分矫正原方案错误的订正结果,使低层风速模拟更接近实况。修正后的次网格地形方案可为复杂地形区域开展高分辨率风场模拟提供参考。     

复杂山地近地层强风特性分析

利用在贵州省西南部复杂山地上获取的近地层梯度风观测资料和三维超声测风仪观测资料,从中筛选出具有该地气候特征的强风样本,利用数量统计和谱分析等方法,计算分析了由于复杂地形影响而导致的局地低层强风的平均和脉动特征.平均风场主要表现在受当地主要特征地形(西北-东南走向的深切峡谷)影响,其全年的主导风向和最大风速出现的方向几乎完全转为沿峡谷走向,即使在符合中性大气层结条件下,风的垂直廓线也完全不满足幂指数分布,风攻角远远大于规范推荐的值,并且不同风向的强风攻角因地形影响其差异可达20°;强风条件下脉动风场的主要特征是:不同风向强风的湍流强度有所不同,在纵、横和垂直方向的湍流强度比值与现行设计规范给出的三维湍流强度比值有明显差异,其中垂直方向的湍流强度显著偏大是突出特征;湍流积分尺度偏大,其中纵向值偏大20%-60%,横向值在某些风向上可偏大3倍以上,垂直方向则普遍较平坦地形偏大一个量级左右;在桥梁结构较为敏感的频域范围内,各风向的湍流谱密度值有显著差异,其中不同风向在纵向上最大差值可达8倍,横向和垂直向可相差6倍,但无论哪个方向的湍流谱密度值均比台风中心要小1-2个量级.