行星边界层急流结构数值分析

利用行星边界层初值分析方法对行星边界层内急流结构进行数值分析。根据1979年6月10日20时华南地区的地面和850mb观测资料,计算得到边界层内各个层次的风场。计算结果与实况比较一致,并且清楚地显示出急流的细致结构。     

草原垦荒行星边界层的数值研究

本文主要用修改的Nickerson等(1986)提出的中尺度模式,研究了在我国北方(49°19′N,119°55′E)草原开垦地所形成的行星边界层。其基本结果是:1)正午开垦地的“热岛”强度达4—6℃。下垫面的热力扰动可达700m高度,而对流扰动可达行星边界层顶,对流速度为1-2cm·s~(-1);2)一旦草原被大范围开垦,其边界层气候就会朝干热方向演变;3)灌溉可以减轻开垦地的“热岛”强度和旱情,但不能阻止气候的干热化过程,4)行星边界层内局地环流的方向在一昼夜内保持不变,即低层150—200m高度以下的气流由草原吹向开垦地,风速达2m·s~(-1)左右,上层为返回气流,速度略小于下层。草原上的湿气流在水平方向伸入开垦地可达30-50km。     

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.     

夜间边界层的一维数值模拟

本文用一维数值模式,模拟了平坦地形情况下小风、晴空夜间边界层内风、温、湿的演变,计算结果与观测事实有较好的一致性。对有高云或少量中、低云存在时的计算结果分析表明,模式对风速的模拟仍然较好,对温度的模拟比实测值可偏低0.3—1℃,对相对湿度的模拟比实测值可偏高5—10％在符合模式使用范围的情况下,本模式可作为夜间边界层预报的一种方法参考使用。     

青岛地区边界层结构的数值模拟

本文建立了一个非静力的三维细网格边界层模式，对青岛地区复杂下垫面条件下的边界层结构和湍流特征作了数值模拟，模式采用能量闭合方案，舍弃了静力近似，以提高空间分辨率和模式精度。模拟以实测资料为初始输入，对该地区风场和湍流场作了较细致的模拟分析，与观测资料相比，结果合理地一致。结果表明了陡峭地形和不规则海岸线对局地风场和湍流场影响很大。     

行星边界层内扩散特征的一个数值研究

使用近年来PBL内实测平均风,湍流统计量和拉氏时间尺度随高度变化的结果,对用最简单的二阶闭合假设导出的三维定常物质连续方程作数值解,分析讨论了风速、风向和湍流统计特征量的垂直切变以及粗糙长度z_0对PBL内浓度分布的影响。本文的结果对PBL内湍流扩散本质的认识及污染模式的建立均有益处。     

盆地绿洲边界层特征的数值模拟

使用美国NCAR新版MM5V3．5非静力平衡模式,通过三重嵌套的降尺度方法,没计理想化的圆形盆地地形和绿洲,模拟研究了盆地绿洲环流及边界层特征。发现盆地感热随地形高度而变化潜热随地形高度没有变化,仅与下垫面特征有关。盆地绿洲感热小,潜热大,绿洲气候效应明显。盆地绿洲形成的环流与地形环流一致,这有利于加强地形环流。但地形形成的环流强度比绿洲环流要弱得多。盆地绿洲对大气边界层的湿度影响很明显。绿洲的水汽输送通过地形下沉气流加强,使山谷绿洲的气候效应得到加强。结果表明,盆地绿洲由于其地形环流与绿洲环流一致,故使绿洲效应加强。     

论大气边界层的数值模拟方法

本文采用分层模式和连续模式模拟了一维、稳定的大气边界层中一些主要的气象变量随时间的变化规律,讨论了几种气象条件及下垫面条件下计算结果之间的差异,并且还讨论了常值湍流热通量层存在的条件及其高度随时间的变化,从而给出了两种模式适用的范围.     

荒漠绿洲边界层结构的数值模拟

陆-气相互作用和中小尺度天气系统的研究中,水平不均匀边界层和水平不均匀地表的强迫作用都是重要的物理过程.本文用已建立的陆面过程与大气边界层耦合模式(BLCM),较详细地研究了草地周围为荒漠(半沙漠)的地表植被不均匀而造成的边界层结构特征和局地环流及其昼夜变化.通过边界层顶影响自由大气不同尺度的运动.模式结果揭示出最强的上升和下沉运动是发生在荒漠-草地间动力和热力不连续的界面附近,且呈现出不对称性.     

行星边界层与暴雨

近年来,在暴雨天气研究中,发现行星边界层物理特征与暴雨或强对流天气的关系十分密切,本文将通过一些天气学事实讨论这一问题。 一、行星边界层急流与暴雨 在许多暴雨天气过程分析中,都发现在行星边界层中有一支相当明显的低空急流,最大风速中心一般位于距地500—600米高度上。例如1978年夏季北京地区的几次暴雨过程,在其发生前,距地面500—600米高度上均出现8—12米/秒的偏南或偏东大风速中心,随着这个大风速中心的出现,900毫巴以下最先出现明显的增温增湿。在1975年8月上旬河南省特大暴雨的分析中,出现暴雨的连续三天(8月5—7日)中,低空一直维持着一条明显的偏东急流,7日暴     

夜间大气边界层的高阶矩数值模拟

本文建立了一个二阶矩模式,用此摸式对Wangara资料进行了实例模拟.结果表明,该模式能模拟出夜间边界层发展以及湍流结构的一些主要特征.计算发现在夜间边界层发展过程中存在一种突变现象.     

海面对流边界层垂直结构的数值模拟

冬季冷空气爆发进入暖海面时,海面边界层属与典型的对流边界层。此情况下,一般而言梯度输送理论(即一阶K闭合方法)是无能为力的。Wgnsaard(1984)提出了被动保守标量场的底直向上(bottom-up)和顶直向下(top-down)湍流交换模型。本文将它推广应用到风场相温度场,并用它模拟了冷气团入海期间海面边界层的结构。与实测资料比较,两者能吻合较好。     

敦煌绿洲夏季边界层特征的数值模拟

使用美国NCAR新版MM5V3．6非静力平衡模式,采用三重嵌套方法,模拟研究了沙漠绿洲的环流及边界层特征。并且与无绿洲试验进行了比较。结果表明：沙漠中的绿洲在夏季是一个冷源,地面感热通量和潜热通量与周围的沙漠地区存在较大差异。在绿洲区,感热通量小,潜热通量大;在沙漠区,感热通量大,潜热通量小。绿洲边界层顶低,沙漠边界层顶高。绿洲可以改变沙漠地区的大气稳定度,使得原来大气层结不稳定的沙漠地区出现较稳定的大气层结。沙漠绿洲改变了原有沙漠地区的环流结构及温、湿场的分布,使得在绿洲上空大气下沉,沙漠上空大气上升,从而产生了绿洲上空大气干冷,沙漠上空大气暖湿的边界特征。绿洲边缘的沙漠形成的较大的湿气柱围绕着绿洲,起到了保护绿洲的作用。沙漠绿洲低空呈现辐散气流,使得绿洲上风方的沙漠地区风速减小,绿洲下风方的沙漠地区风速增大。     

冷空气爆发时陆地边界层的数值模拟

本文建立了一个三维中尺度模式,分别模拟了平坦地形及规则山地情形下冷空气爆发过程,并模拟了无冷空气时天气演变过程作为比较.模拟结果合理地给出了冷空气爆发后边界层内诸要素的变化规律,如大风的出现、风向的改变、动量通量的增大、气压的升高等.     

关于行星边界层顶现象

近些年,我国气象工作者从不同角度发现,离地面1000—2000米存在一系列重要现象,如低空逆温、低空急流和低空活跃层。本文把这些现象联系起来,说明它们都是一种行星边界层顶现象,是行星边界层和自由大气大尺度运动相互作用的结果。由于行星边界层顶是对流层大气中的最活跃层,其变化特征对暴雨、强雷暴及寒潮等灾害性天气有显著的预兆性,故研究这层大气的演变规律,不仅有理论意义,而且对于短期天气预报也是需要的。 。     

绿洲冷岛的行星边界层结构

本文利用行星边界层二维定常数值模式研究了绿洲冷岛的温度、水平风速、涡旋系数和比湿的结构。并且分析了背景场层结稳定度与冷岛的关系。     

纳木错湖夏季典型大气边界层特征的数值模拟

为了进一步检验分析纳木错湖对当地地方性环流、湖气能量交换及大气边界层的影响,在本文中使用美国NCAR新版MM5V3.7非静力中尺度模式,设计了有湖面、3/4湖面、1/2湖面及无湖四组试验,以NCEP再分析资料做初、边值条件,做了48 h三重嵌套模拟试验,对比中国科学院"纳木错圈层相互作用"综合观测站实测资料,说明该模式模拟性能良好。白天在纳木错湖风与念青唐古拉山北坡谷风共同作用下,在念青唐古拉山脊处汇合,形成一强水平切变及辐合上升运动,造成了该地夏季白天复杂多变的天气;夜间由于南岸湖风与山风叠加,使得整个区域为强大南风气流控制,这也补给了水汽和热量,也为白天不稳定运动提供了能量。对大气边界层特征的模拟结果表明:由于白天(夜晚)纳木错湖的存在有很好的降温(保温)作用,该湖表现出了明显的冷(暖)湖效应;纳木错湖对感热和潜热的影响有很强的日变化,白天湖面感热、潜热均小于周围陆地,夜间湖面有强潜热通量;纳木错湖使得白天湖区边界层顶低,陆区边界层顶高,夜间相反。这样的地方性环流和大气边界层特征的配合,是该地中小尺度天气剧烈变化的重要原因。