湍流动能闭合方法在中尺度模式中的应用

湍流动能闭合方法是近年来发展起来的用以模拟大气边界层的一种方法,本文对其做了简化,仅在边界层内使用这一方法,进一步减少计算量,使之更适用于中尺度数值模拟。对一维旺加拉（Wangara）资料进行的试验表明,这种方法保留了边界层计算的精度,又能节省机时。然后将这种方法应用于三维中尺度钟形山地形的模拟,描述了湍流动能的分布,以及湍流活动对山后回流区面积和强度的影响。     

地星边界层模式中中怀层结条件下的E—ε—l湍流闭合方案

由标准Ｅ－ε模式得到的行星边界层厚度似乎太大，之所以如此，可归因于湍流动能（Ｅ）的耗散率（ε）方程，特别是方程中耗散生成和损失项的参数化方法。在大气边界层的模拟研究中，我们认为谱能储存部分的谱串级输送过程必须作为耗散生成的一部分加以考虑，并用特征长度ｌ表示，与标准模式一样，耗散局地生成和损失作用之间的“平衡”的不稳定性，当作正比于Ｅ＾２／Ｅ的量处理。文中提出Ｅ－ε－ｌ湍流闭合方案，同时包含了混和长     

二阶闭合模式在污染气象学中的某些应用

本文采用二阶闭合的湍流边界层模式,进行一系列数值试验以模拟边界层中连续线源的扩散状况。试验表明:无论在稳定的或不稳定的边界层中,高源的扩散能力都低于低源;在稳定层中,粗糙地表上的大气扩散能力高于光滑表面;在相同风速和地表净辐射情况下,粗糙表面上的大气扩散能力反而低于光滑表面;对流边界层中存在反梯度输送,因而K理论的应用受到限制。试验还表明,修正的Kazanski-Monin参数可能比Monin-Obukhov长度更能反映大气的扩散能力。     

海岸边界层模式中闭合方案的模拟分析

本文建立一个三维非静力边界层模式对杭州湾附近复杂地形域区进行了数值模拟。要用常用的能量闭合和一 新的非局地反梯度闭合方案结合实测资料,以验证不同闭合方案模拟实际大气的能力,进一步分析三维边界层模式的效能结果表明,两种闭合方案都能较好的模拟澳陆环流及温度场,而反梯度闭合比能量闭合更能细致、敏感的模拟湍流场随地形的变化,且模拟结果与实测接近。     

三维非静力二阶闭合PBL模式的初步研究

采用二阶距湍流闭合方案，建立了一个复杂地形下的三维非静力边界层预报模式。通过该模式，细致了模拟了北京地区的风、温时空变化和湍流场变化。结合地面、探空和气象塔的实测资料，进一步研究了该方案在三维空间上对平均场和湍流场的预报模拟效能。结果表明该模式能较好地进行平均量和湍流量的模拟和预报。     

区域气候模式研究进展

全面回顾了区域气候模式的分类、发展和最新研究动态，指出区域气候模式研究有了长足的发展，其中重要的有：加入雪盖、土壤水等作用的陆面过程，全球模式与区域细网格模式的嵌套由一维发展到三维，由一层发展到多层，发展了更加合理的参数化方案；但也存在许多不足，模式提供的植被资料与实情相差很大，对于沙漠地区的植被盖度的算法不尽合理，对次网格地形及对其湍流通量输送过程的刻画不够细致等。因此，建议利用遥感手段采用非线性方法(如分形等)对遥感资料施行反演，进行多尺度的双向模式嵌套。     

湍流能量闭合法用于大气模式的初探

湍流能量（TKE）闭合方案是近年来大气边界层（PBL）模式中技推崇的方法,它具有11－2阶精度。大气环流模式的计算容量和垂直网络限制,不允许PBL方案过份精细。本文对TKE方案进行简化及网络稀疏化试验。并用Wangara资料验证。验证结果表明：此方案引入PBL内仅设置5层的大气环流模式是可行的。地面以上400米内模式结果与实测吻合。但中、上部位温计算值偏高。关于本方案在大尺度模式中的应用尚须进一步研究。     

一次梅雨锋暴雨的边界层热通量输送与湍流动能收支分析

利用中尺度WRF模式对于2007年7月一次典型的梅雨锋暴雨过程进行了高分辨率数值模拟,对于边界层内的热通量输送和湍流动能的时空变化特征,以及湍流动能各收支项的分布及变化特征进行了分析。结果表明,降水发生时段内边界层热通量和湍流动能的时空分布特征与晴空日变化特征表现出显著不同,潜热通量随高度自下而上呈现"正—负—正"的分布,感热通量以负值为主,负值中心高度与潜热通量由负转正的高度相对应,湍流动能的发展高度与持续时间都有所增加,降水区近地面湍流动能弱于其他区域,但是在468 m以上高度则显著强于其他区域。降水区湍流动能的来源主要是平均风切变所产生的机械湍流,浮力作用与粘性耗散在降水期间消耗湍流动能,湍流输送作用将低层的湍流动能输送至较高的高度,使低层减小而高层增大,临界高度与湍流动能的大值中心高度对应。     

一维大气边界层二阶闭合的有限元数值模式 I. 对流边界层模拟

利用有限元法用于二阶湍流闭合大气对流边界层模式,并模拟了Wangara试验33天的对流边界层的发展过程,计算结果表明,该模式能真实的模拟出对流边界层的发展过程,并且准确地反映对流边界层中湍流扩散和输送过程。     

一种区域气候预测模式的构建

基于从气候场长期演变提取预测信息的观点 ,从热力学方程和水分平衡方程出发 ,导出了描写地表气温、降水和高度的模式方程组 ,着重考虑了非绝热加热作用和水汽运动形成降水。进一步构造成一个预测区域气候的自忆模式 ,它不同于当今普遍使用的数值嵌套模式。初步计算表明 ,该模式具有较高的预测能力 ,为短期区域气候预测提供了一个实际可行的途径     

季节尺度区域气候模拟适应调整时间选取问题的数值试验

文中利用区域气候模式RegCM3,以1998年夏季中国异常气候事件为例,对季节尺度区域气候模拟适应调整时间的选取问题进行了数值研究.共做了11个试验,每个试验的适应调整时间最短为10d,最长为6个月,以检验适应调整时间长短对夏季中国异常气候事件模拟结果的影响.结果表明:对于大气变量而言,模式通常在经过4-8 d的适应调整时间后,就进入\     

ON TURBULENCE CLOSURE CONSTANTS FOR ATMOSPHERIC BOUNDARY-LAYER MODELLING: NEUTRAL STRATIFICATION

Constant sets for several turbulence closure models,based on data for the atmospheric boundary layer, areproposed. They differ from those currently used inengineering situations but are self-consistent andtuned to represent atmospheric boundary-layerturbulence. The proposed constant sets are tested in a simple,one-dimensional, neutrally-stratified planetaryboundary-layer flow over a horizontally homogeneousand aerodynamically rough flat surface. Comparisons ofmodel results with similarity theory and large-eddysimulation show promise for improving boundary-layerpredictions.     

植被变化对中国区域气候影响的数值模拟研究

用高分辨率区域气候模式(RegCM-NCC)模拟了中国区域植被发生改变后引起的局地或区域气候变化。结果表明:大范围区域植被变化对区域降水、温度的影响非常显著,内蒙古地区土地荒漠化可导致中国北方大部分地区降水减少,尤其加剧了华北、西北地区的干旱,西北地区绿化有利于黄河流域降水增加,而长江流域和江南地区降水却有不同程度的减少,因此可在一定程度上减少这里的洪涝灾害;气温的变化比降水更显著,植被退化使当地气温明显升高,使中、低层大气变得干燥,近地层风速加大,而植树造林却使当地及周围地区冬偏暖、夏偏凉,大气变得湿润,近地层风速减小,有利于在一定程度上减少沙尘暴的发生。另外,植被变化对东亚冬、夏季风强度也有一定程度的影响,从而影响到中国东部地区降水的分布和冬季低温、冷害事件发生的强度。     

区域气候模拟研究中的物理集合技术

文中介绍了基于MM 5有限区域模式的物理集合构造方法 ,通过对模式中的 5种物理过程加以扰动、组合而得到一个有 19个成员的物理集合系统 ,并用其对 1998年夏季发生在中国东部地区的异常洪涝天气气候特征进行了模拟研究。以集合预报的 3种基本释用方法 ,对集合模拟产生的大量输出结果作了细致的分析 ,发现在区域气候模拟中 ,引入物理集合是可行的 ;它为区域气候数值研究提供了更多的手段和信息 ;集合系统存在的不足之处在于 :集合成员间离散程度不足、集合模拟范围较狭窄 ,这使得离差对误差的实际预报能力低于潜在预报能力 ,也使集合概率预报的精度降低。     

中国近代土地利用变化对区域气候影响的数值模拟

利用国家气候中心改进的高分辨率区域气候模式(RegCM-NCC)模拟研究了中国近代历史时期土地利用/覆盖变化对中国区域气候的影响,模拟结果显示,1700年以来,以森林砍伐、草地退化及相应耕地面积扩大为主的土地利用变化可能对中国区域降水、温度产生了显著影响。1700—1900年期间,由于土地利用的变化使华北、西南等地区降水呈减少趋势,其他区域变化不明显,但近50年来却使长江中下游地区、西北、东北部分地区降水有所增加。1700—1800年间的土地利用变化使得除东北及长江流域地区外的大部分地区温度呈下降趋势,1900年以后有所升高,特别是近50年来中国大部分区域平均气温升高,与这一时期由于大气中温室气体排放浓度增加造成的温度升高相一致。另外,土地利用变化不仅使大气温度、湿度发生变化,还可引起基本流场的变化,使东亚冬、夏季风气流有所增强,这主要是由于植被变化改变了地面温度,使海、陆温差进一步增大的结果。因此,土地利用变化对区域尺度气候变化的影响是不容忽视的。     

陆面特征非均一作用参数化及其对区域气候影响的数值模拟试验

本文首先改进了陆地下垫面特征非均一性的次网格尺度参数化方法，然后利用三维地气耦合的区域气候模式，设计一系列值试验，研究了下垫面特征改变对区域气候环境变化的影响，主要分析了陆地表面特征变化对我国苏南附近地区夏季温度化的影响，结果表明采用地下垫面特征非均一作用的次网格尺度参数化方法对于改进数值模拟结果的质量有一定效果。     

温室效应引起的中国区域气候变化的数值模拟Ⅱ:中国区域气候的可能变化

使用RegCM2区域气候模式单向嵌套澳大利亚CSIRO R21L9全球海-气耦合模式,进行了温室气体CO2加倍对中国气候变化影响的数值试验研究。该文为第2部分,对敏感性试验结果进行的分析。分析表明:由于温室效应,中国区域的地面气温特别是在冬季和北方将有明显升高,区域年平均的升高值为2.5℃;同时区域内日最高和最低气温将明显上升,日较差将减小。结果还表明,在CO2倍增条件下,中国区域降水将呈增加趋势,区域年平均的增加值为12％;以夏季的增加率最大,其次为冬季。中国汛期降水将呈现出“三类雨型”出现频率增多的趋势。南方的大雨日数将有所增加。此外,生成和影响中国的台风数目也将有所增加。温室气体的增加同时对环流场产生影响,如导致500 hPa高度场的升高。     

ENSO暖冷事件下东亚冬季风的区域气候模拟

选取强El Nio年(1997/1998年)和强La Nina年(1998/1999年)作为个例,利用中国国家气候中心水平分辨率为60 km的区域气候模式(RegCM_NCC)对东亚冬季风进行了数值模拟,结果表明:模式不仅从500 hPa东亚大槽、副热带高压、地面蒙古冷高压和850 hPa东亚风场等方面,模拟出两年冬季风系统的不同特征,而且也模拟出与ENSO事件密切联系的大气低层环流的明显差别,表明区域气候模式对ENSO暖、冷事件下东亚冬季风的差异有较好的模拟能力.数值模拟也能够再现中国南海、菲律宾群岛以东的西太平洋和孟加拉湾3个主要的冷涌区,以及在两年不同海温和环流背景下冷涌发生的频数变化.分析还表明,模拟结果能较好地反映两年冬季中国气温的空间分布特征,模拟出的冷空气过程、最冷时段出现时间与实际基本相符,模拟的主要降水带位置也与实况接近,特别是能够较好地模拟出中国南方地区1997/1998(1998/1999)年冬季异常多(少)的降水量.虽然数值模式的总体性能是较为满意的,但也发现在形势场的模拟中存在1998/1999年冬季东亚大槽模拟偏深和东亚沿海海平面气压梯度偏大等不足,需进一步加强对模式物理过程的研究.