边界层辐合线触发深厚湿对流研究进展

边界层辐合线(BLCL)是指存在于边界层内的线状气流汇合带,被认为是深厚湿对流的主要触发系统,有多种类型,其触发对流作用非常复杂.文中就BLCL(不包括冷锋)触发对流事件的统计研究、其导致的局地温湿扰动对触发对流的影响、BLCL对流触发机制等方面的中外研究进行了系统回顾总结.已有研究结果表明,不同天气系统背景、不同地区...     

北京局地降水中地形和边界层辐合线的作用

利用常规气象资料、雷达、风廓线和地面自动站资料,分析2007年7月两次局地对流天气过程发现,7月13日的局地短时暴雨是由低层东南风遇山脉抬升后产生的;7月10日的局地对流是由边界层辐合线触发形成的。利用风廓线可以判断天气形势和本站气象条件的变化。利用雷达回波图和地面自动站可以识别边界层辐合线。在考虑北京地形的同时,利用雷达严密监视天气,有望提高这类局地对流天气的预报、预警能力。     

边界层辐合线发展成飑线的数值试验

利用高分辨率η坐标模式，以一个实际飑线个例的常规资料为初值，通过嵌入一定强度的边界中层尺度辐合线，进行了边界层辐合线型飑线激发的数值试验，结果表明，飑线实例的大尺度环境场提供了累积的有效浮力能，小尺度积云对流则通过对流翻腾提供高层水汽凝结潜热加热和低层降温冷却，而中尺度幅合线通过提供带状辐合上升运动，起着胚胎和组织积云对流的作用，这样大、中、小三种尺度相互作用导致了边界层中尺度辐合线发展成为飑线。     

梅雨锋上两类中尺度对流系统形成的边界层特征

采用具有较高时空分辨率的地面观测资料以及WRF（Weather reasearch and forecasting）模式输出资料,分析了2009年6月29一-30日梅雨锋暴雨过程中两类不同的中尺度对流系统（rnesoscale convective system,MCS）边界层特征及边界层对两类MCS的触发维持机理,重点分析了海平面气压场特征、边界层冷池、干线及其在MCS中的影响。结果表明：两类中尺度对流系统的海平面气压特征存在着明显的差异,对流爆发阶段地面风场存在辐合线,再次激发阶段气压场呈“跷跷板”型的中尺度扰动,即由前置中低压和后置中高压组成,最强的对流带位于中低压和中高压之间的过渡区内;边界层辐合线是第一类中尺度对流系统（MCSl）维持的重要因素;MCSl爆发后边界层冷池生成,冷池前的冷出流与低层环境风产生的强辐合触发了第二类中尺度对流系统（MCS2）;存在于中低压和中高压之间的中尺度干线是MCS2的重要特点之一。     

边界层辐合线在局地强风暴临近预警中的应用

利用济南CINRAD/SA雷达探测到的边界层辐合信息,结合地面实况和探空资料及NCEP资料,对近年发生在山东中部的典型局地强风暴的生成及对流参数进行了分析.结果表明:高时空分辨率的雷达能获得近地层辐合线信息,对流风暴强的出流和近地层环境风的辐合在一定条件下可产生窄带回波;远离风暴主体的出流边界和顺地面风移动的风速辐合线在热力条件较弱的情况下一般不会产生对流天气;出流边界的叠加或出流边界与环境风辐合线的叠加在有利的环境条件下可产生局地强风暴,单纯的近地层辐合线在有利的环境条件下可产生较为孤立的局地风暴,可作为强对流天气临近预警的关键参考依据;风暴初始位置、初始时间和风暴类型具有不确定性,是强对流天气临近预警的难点.     

浙江天目山背风坡对流触发个例的对比分析

针对夏季副热带高压背景下浙北天目山附近的强对流天气个例,利用中尺度实况资料,分析了天目山对触发对流的作用。结果表明:浙江省夏季位于副热带高压边缘时,低层处于西南背景风时,在低Froude数条件下,气流经过黄山、天目山后在背风侧形成一段辐合线,在有利的热力条件配合下,容易触发对流。山地的热力强迫作用使地形上空新生了很多积云,积云分布基本与地形一致。同时,天目山背风侧出现一条积云线,其形成的原因是天目山背风侧辐合线的辐合抬升作用。背风侧辐合线尺度有几十千米,方向随环境风向转变。对流触发的位置位于这条辐合线上靠近山地的一端。这可能是由于山地热力强迫作用产生的积云移到辐合线上继续发展产生对流云,即山地的动力和热力作用共同触发了对流。     

雷达观测的渤海湾海陆风辐合线与自动站资料的对比分析

为了研究渤海西岸海陆风的演变规律,应用天津新一代天气雷达结合地面自动气象站实时资料,统计分析2007年晴空环境下,雷达监测到的由渤海湾海陆风导致的28次边界层辐合线的生消、演变规律,并研究雷达观测的海陆风辐合线与自动站观测的渤海湾海陆风的对应关系.结果表明:(1)雷达探测的沿海岸线形成的边界层辐合线对应的就是渤海湾海陆风辐合线;(2)海陆风辐合线只有在每年的5-9月才能在雷达上观测到,而且主要集中在6-9月;(3)晴空环境下,当较强的一条海陆风辐合线沿海岸线或在海上生成后移过雷达站,或直接生成在雷达站西北侧时,自动站观测显示陆风转为海风;(4)雷达探测的海陆风辐舍线强度越强,且其垂直伸展高度越高,对应的自动站观测的海风风速越大.     

我国西部高原大气边界层中的对流活动

利用 1 998年第 2次青藏高原野外试验中的多普勒声雷达探测、低空探测观测以及卫星观测资料对高原大气边界层内的对流现象进行分析研究。声雷达探测到了高原边界层内有强烈的对流活动。这种对流泡中心的垂直速度可超过 1m/s,并存在尺度为 1个多小时的周期性 ,表现为中小尺度的有组织的湍流活动。高原边界层强对流得以发展和维持的物理机制是 :强辐射加热、复杂的地形地貌形成的下垫面不均一性造成边界层斜压性、边界层内的平流活动等 ,这些现象都有利于对流的发展。在这些条件的作用下 ,边界层内可以产生一系列有组织的强湍流大涡旋活动 ,这些大涡旋形成的热泡在向上发展的过程中有的能够发生合并 ,变得更大也更为猛烈 ,达到凝结高度以上可形成对流云 ,并发生充分的对流混合。成云过程凝结潜热释放更有利于对流运动进一步发展 ,使对流云逐步发展成更大的对流云团 ,从而产生卫星云图中显示的云团发展过程。     

大气对流边界层发展的模拟研究

室内水槽模拟是大气边界层研究的一种重要手段。利用室内模拟水槽对大气边界层的发展进行了模拟,通过处理平均温度廓线和光斑图像得到了对流边界层顶部位置h2和边界层高度zi。结果表明,不同测量方法得到的结果一致性很好,与实际大气的边界层发展情况也较为接近。同时,根据试验情况确定初始条件和边界条件,使用边界层参数化模型进行了数值模拟,其结果与室内模拟的结果也较吻合。     

自由对流与稳定层结边界层风廓线的解析表达和边界层顶抽吸速度

基于近年来对自由对流和稳定边界层湍流交换特征的研究,求解边界层运动方程,得到这两种层结下边界层风的解析表达式.所得廓线与边界层特性参数符合观测特征.还求出了这二种层结下边界层顶抽吸速度的解析表达及其与某些参数的关系.结果表明,抽吸速度与层结有关,其特征可从物理上加以解释.     

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。     

一次锋前对流性暴雨的分析与预报

应用多普勒雷达强度场以及累积雨量、雨强等雷达二次产品对2003年7月13日15时43分发生在新疆昌吉市附近的局地性暴雨进行了分析.分析指出,暴雨51%的雨量由锋前对流风暴单体形成,有35%的雨量为锋面云系前部的对流云产生.对对流风暴单体的形成条件和移动的短时预报方法进行了探讨.     

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。     

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.       

Development of the Convective Boundary Layer Capping with a Thick Neutral Layer in Badanjilin: Observations and Simulations

In this study,the development of a convective boundary layer (CBL) in the Badanjilin region was investigated by comparing the observation data of two cases.A deep neutral layer capped a CBL that occurred on 30 August 2009.This case was divided into five sublayers from the surface to higher atmospheric elevations:surface layer,mixed layer,inversion layer,neutral layer,and sub-inversion layer.The development process of the CBL was divided into three stages:S1,S2,and S3.This case was quite different from the development of the three-layer CBL observed on 31 August 2009 because the mixed layer of the five-layer CBL (CBL5) eroded the neutral layer during S2.The specific initial structure of the CBL5 was correlated to the synoptic background of atmosphere during nighttime.The three-stage development process of the CBL5 was confirmed by six simulations using National Center for Atmospheric Research (USA) large-eddy simulation (NCAR-LES),and some of its characteristics are presented in detail.     

A Three-Dimensional Correlation/Spectral Model for Turbulent Velocities in a Convective Boundary Layer

A three-dimensional model for correlation functions and spectra in theatmospheric, convective boundary layer (CBL) is presented. The modelincludes vertical inhomogeneities introduced by eddy-blocking at the ground.By assuming the disturbance to the turbulent flow resulting from the groundblocking is irrotational, an equation is developed which allows one to writethe inhomogeneous, two-dimensional (2D) cross spectra for the blocked flowin terms of the 2D cross spectra for a homogeneous flow. VonKármán's energy spectrum then is used to determine thehomogeneous, 2D cross spectra. Although there are only two adjustableparameters in the model, the variance and a length scale, the model is shownto agree quite well with a diversity of previous results for the CBL.     

对流边界层中过山气流的数值模拟

采用ARPS4.0非静力中尺度气象模式模拟了对流边界层中气流过山引起的地形波,讨论了地形及大气条件改变对其的影响.模拟表明,当大气边界层是对流边界层时,气流过山引起的地形强迫,仍能在上部稳定层结中造成足够的垂直扰动,产生向上传播的重力内波,重力内波引起的波动阻力仍不可忽略.     

利用雷达资料反演方法对北京地区一次强对流天气过程的分析

利用多普勒雷达变分分析系统(VDRAS),对2006年8月1日傍晚北京城区出现的一次强对流天气过程(伴有冰雹、大风及强降水)的三维风场、温度场进行了初步分析.结果表明:(1)初始对流生成于北京西北部山区的河北省境内,系统过山移进北京城区时,受局地的动力及热力条件作用,迅速组织并强烈发展,形成带状的MCS即飑线;(2)在飑线生成之前,北京城区及东南部边界层低层存在较强的东风气流,并迅速扩展向西北方向延伸,与过山的西北偏北气流形成强的边界层辐合线.该近地面辐合线是飑线生成的主要触发机制,而边界层低层东风的加强和减弱以及北进和南退对辐合线的维持、飑线的生成、发展和减弱都起着重要的作用;(3)在边界层辐合线的作用下,不断有新生对流系统发展;(4)对流系统在整个发展过程中呈明显的带状分布特征,是一次典型的飑线过程,并伴有明显的阵风锋.     

实验速度场测量技术及对流边界层特征研究

在对流槽中对对流边界层(CBL)温度场实验研究的基础上,进一步尝试通过实验技术测量速度场并分析研究CBL中的速度场特征。在应用PIV测量技术时选用铝粉作示踪粒子。实验证明了在混合层中速度分布明显具有对流边界层热泡特性;混合层顶部的速度分布很好地反应出夹卷层的结构特征;湍流速度特征量的垂直分布合理,与野外实测结果和类似的对流槽实验结果接近;误差分析表明示踪粒子的跟随性良好,粒子速度的测量结果能真实地反应流体的运动特征,从而得证了分析结果的可靠性。