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。     

山谷逆温的下沉消散过程

利用四川西南山浴中测温声雷达和其它探测资料的分析结果表明,山谷逆温的下沉消散与动量下传有春消散时的突发性是否显著则与近地层热对流强度有关。山谷逆温下的沉消散的物理机制与辐射雾消散阶段雾顶逆温降低过程的物理机制不同。     

超低空急流的数值研究

用设计的求定常方程数值解的方法,计算了超低急流和边界层逆温在数量上的对应关系。研究表明,超低空急流的形成除要求逆温强度Ｉｓ≥０．１１ｋ／１０ｍ外,还要求逆温层具有相当大的厚度,这些结论和观测资料统计分析较一致。利用上述方法还进一步讨论了地转强迫强度对超低空急流的影响。     

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。     

成都地区大气边界层逆温特征分析

针对污染气象条件对大气环境影响的问题,利用2010—2012年成都地区探空资料的温度数据,系统研究了成都地区逆温的结构及分布特征。结果表明:2010—2012年成都地区整体以贴地逆温出现频率最高、厚度最大及强度最强,其次为低悬逆温和高悬逆温。不同类型逆温出现的频率、厚度及强度也存在一定的季节差异,贴地逆温春季出现频率最高,厚度最大,其他各季差异不显著;冬季逆温最强,夏季最弱。3类逆温的日变化明显,08时逆温出现的频率和厚度普遍大于20时,且08时逆温强度大于20时。分析成都地区大气边界层逆温层特征,对了解成都地区污染物扩散规律具有重要的意义。     

三峡坝区边界层逆温特征及其成因分析

利用三峡坝区高空气象观测站2001年全年的观察资料对坝区边界层内逆温的特征进行了分析。结果表明：低悬逆温为三峡坝区的主导逆温，年频率为41％，接地逆温年频率为20％；无论是低悬逆温，还是接地逆温，其强度较弱，但其厚度较大。     

呼和浩特市低空逆温特征分析

利用近10年(1991～2000年)呼和浩特高空站探空资料，分析了呼和浩特市大气边界层内低空逆温的气候特征，指出：辐射逆温出现频率高、厚度大、强度高、维持时间长，限制了大气污染物的稀释和扩散，是呼和浩特市冬季污染物浓度高，空气污染严重的主要原因之一。     

双重作用面下夜间城市边界层的数值研究

本文全用一个非线性，非定常二维数值模式，考虑双重作用面下，即地表面和城市覆盖层顶两个表面，夜间城市边界层的发展，演变情况。模拟结果表明，夜间城市覆盖层削习大气层结的稳定度，并在市中心覆盖层高度内形成一个小冷岛。     

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.     

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。     

NUMERICAL SIMULATION OF THE INFLUENCE OF VEGETATION COVER FACTOR ON BOUNDARY LAYER CLIMATE IN SEMI-ARID REGION

A numerical model has been developed for simulating land-surface processes and atmosphericboundary layer climate of vegetation and desert in semi-arid region.Dynamically,thermal andhydrological processes take place in the atmospheric boundary layer.Vegetation and surface layerof soil are included in the soil-vegetation-atmosphere coupled system,in which,vegetation isconsidered as a horizontally uniform layer,soil is divided into 13 layers and the horizontaldifferences of variables in the system are neglected.The influence of local boundary layer climateby vegetation cover factor is simulated with the coupled model in the semi-arid region of NorthwestChina (around 38°N,105°E).Results indicate that due to significant differences of water andenergy budgets in vegetation and desert region,the air is colder and wetter over the vegetation andcorrespondingly an obvious local circulation in the lower atmosphere is formed.Simulating results also show that maximum updraft and downdraft occur around thevegetation-desert marginal area,where the dynamical and thermodynamical properties of PBL(Planetary Boundary Layer) are uncontinuous.It is stronger at daytime,weaker and reverse atnighttime.In the simulation,the moisture inversion phenomena are analyzed.Finally.theinfluences of vegetation cover factor exchange on local boundary layer climate are simulated.Thesimulating results bring to light that water may be conserved and improved by developing treeplanting and afforestation,and improving cover factor of vegetation in local ecoenvironment,andthis is an important way of transforming local climate in arid and semi-arid area.Results indicatethat the coupled model can be used to study the soil-vegetation-atmosphere interaction and localboundary layer climate.     

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。     

山区夜间边界层的数值模拟

本文采用二维数值模式模拟了一个坡地上夜间边界层的发展过程.所得到的结果与1974-1976年在北京北部山区得到的观测资料做了比较.模拟出的夜间辐射逆温层的厚度和形状以及下坡风的廊线都与观测事实大致相符.模式进一步改进后似可做为解决中、小尺度复杂地形上夜间边界层演变的工具.     

植被对夜间温度场的影响

发展了一维非定常大气边界层模式，模拟了植被下垫面情况下夜间温度场的分布特点，并与裸地下垫面的夜间温度场作对比，定量研究了植被对夜间温度随高度分布的影响。     

A CASE STUDY OF NUMERICAL SIMULATION OF SEA FOG ON THE SOUTHERN CHINA COAST

This study uses numerical simulations to examine a case of sea fog that was observed from 20 to 22 March2011 on the southern China coast. The observation dataset includes observatory data, cloud-top temperature from MODIS, GPS sonde, and data from the Integrated Observation Platform for Marine Meteorology(IOPMM). The simulations are based on the Weather Research and Forecasting(WRF) model with four distinct parameter settings.Both the observations and simulations focus on the characteristics of the fog extent, boundary layer structure, and meteorological elements near the air-sea interface. Our main results are as follows:(1) The extent of mesoscale sea fog can be well simulated when the sea surface temperature has at least 0.5 ×0.5 horizontal resolution.(2) To accurately model the vertical structure of the sea fog, particularly the surface-based inversion, vertical levels must be added in the boundary layer.(3) When these model conditions are met, the simulations faithfully reproduce the measured downward shortwave radiation, downward longwave radiation, and surface sensible heat flux during the sea fog period.     

辐射雾的大气边界层特征

利用ＡＤＡＳ对一次连续５天辐射雾进行探测,获得了辐射雾生消过程中的温度、湿度、风场等要素的垂直分布。通过对这些资料的详尽分析,讨论了辐射雾在不同发展阶段的边界层特征。结果表明：逆温层对雾的形成和维持起着重要的作用,而雾又对大气边界层中的温、湿、风结构产生重要影响。     

辐射雾的大气边界层特征

利用ADAS对一次连续5天辐射雾进行探测,获得了辐射雾生消过程中的温度、湿度、风场等要素的垂直分布。通过对这些资料的详尽分析,讨论了辐射雾在不同发展阶段的边界层特征。结果表明：逆温层对雾的形成和维持起着重要的作用,而雾又对大气边界层中的温、湿、风结构产生重要影响。     

城市交通废气与低层大气臭氧形成和分布的数值模拟

建立了一个三维的边界层光化学模式，气象过程的模拟舍弃了静力近似的假定，模式由细网格、高分辨率并取湍流能量（E－ε）闭合的气象模式，提供较为细致的气流场和湍流场。文章中以汽车尾气和植物排放为光化学反应前体物的源，模拟了不同季节南京市的光化学过程以及臭氧随时间和空间的分布。结果表明，夏季南京市的地面臭氧浓度远远高于冬季，臭氧分布有所不同。并且在不少地方出现较高的O3浓度值，超过国家二级标准，气流对污染物浓度分布的影响在较高的高度上显得尤其明显。     

EFFECTS OF BOUNDARY LAYER PARAMETERIZATION ON THE MONTHLY MEAN SIMULATION

Treatments of the boundary layer in a five-layer primitive equation model with mixed P—σcoordinates are improved by incorporating similarity theory,which is widely used at present.Twokinds of parameterization schemes of the boundary layer are designed,and static test and numericalsimulation are performed.It is found that the iterative scheme can fairly improve the simulation ofthe mean climate field in July.The abnormally strong heat low over the Tibetan Plateau isweakened to some extent.