行星边界层的数值模拟

Ⅰ.引言 1) 行星边界层数值模拟的必要性与人们从边界层这一名称所引起的猜想相反,行星边界层是一个复杂的物理系统,它有自己的动力学体系。即使如同简单的动力边界层那样,可以用经验公式或相似性理论来充分描述近地层(surface layer),然而这对于整个行星边界层来说是不适用的,在行星边界层中,存在着科里奥利加速度,同时还     

行星边界层湍流特征的非线性模式

本文以行星边界层理论为基础,设计了一个定常行星边界层湍流特征非线性模式。根据行星边界层湍流现象具有波动和团块结构的特点,在模式设计中引用了量子化概念,构造了一个适合于大气湍流运动的波函数用以闭合方程组,并在类比的意义下考察了该方案的合理性。采用WKB渐近方法与数值解相结合,对行星边界层湍流特征进行了定量分析,并且与实验资料以及其他作者的模式作了比较。结果表明,本文设计的模式有能力描述定常行星边界层内湍流运动的非线性特征。     

稳定行星边界层相似性函数A,B,C的实验研究

本文使用位于粗糙和不均匀地形上北京320米气象塔夜间边界层风速、风向和温度资料,用行星边界层u分量第一个极值高度作为行星边界层高度尺度,用边界层内的平均风速和平均位温作为速度和位温特征尺度,分析得到在稳定条件下相似性函数A_m、B_m和C_m以及行星边界层高度的参数化表达式。 分析表明,可以将广义相似性理论推广到粗糙而不均匀地形上的大气边界层中。     

针对WRF模式中行星边界层参数化过程倾向项的扰动方法

针对WRF模式中行星边界层参数化过程中的不确定性,发展了一种针对行星边界层参数化过程的随机物理扰动方案(SPPBLPT),该方案针对行星边界层计算的温度、风场、水汽倾向项进行扰动.使用该方案、多行星边界层参数化方案、多参数扰动方案及针对WRF模式总倾向的随机物理过程扰动(SPPT)方案对2014年7月进行对比实验,发现...     

甘肃中部强对流天气边界层要素合成分析

一、引言行星边界层中风场辐合和切变的特征及各种气象要素的日变化,对对流风暴的出现和严重程度具有重要作用。因此,研究行星边界层的问题已成为气象科学的一个重要课题。近年来,随着观测手段的不断改进和资料的进一步完善,国内外在研究行星边界层的理论方面,已经取得了显著的成果。如 W·Y·森等提出,在行星边界层内,两种不同性质空气的交绥区具有触发飑线的作用;周晓平指出,中尺度系统的发展,可能与行星边界层中运动的触发有关;陈乾指出,边     

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。 。     

烟囱和逆温高度对污染物输送和扩散的影响

早期扩散模式都假定平均风是单向的、均一的,因而可以应用高斯分布。不过,高烟囱的出现使愈来愈多的污染源处在地面边界层之上。在行星边界层里风向和风速都随高度改变,污染物的输送和扩散与均匀流场里的情况大大不同。本文给出烟囱高度和大气热力层结对行星边界层里污染物浓度分布的影响。一、方程和扩散模式行星边界层里的平均风和温度在水平方向可认为是均一的,水平尺度比垂直尺度大得多,扩散方程、运动方程和热力方程分别为     

华东区域夏季行星边界层大气稳定度的气候特征及其与气溶胶的联系

利用1979-2008年夏季（6—8月）逐日NCEP／NACR再分析资料、MODIS卫星的气溶胶资料等,研究了华东区域夏季行星边界层大气稳定度的气候特征与年际变化,分析了大气稳定度和相应的加热场与气溶胶光学厚度（aerosol optical depth,AOD）的联系。结果表明：华东区域夏季行星边界层大气稳定度在空间上分布不均匀,时间上具有明显的年际变化。边界层中的非绝热加热率、大气稳定度及气溶胶光学厚度三者之间可能存在密切联系。利用经验正交函数分析了华东区域总体理查森数Rib的距平场,得到了边界层稳定度分布的3个主要模态,这3个模态所代表的边界层大气稳定度异常与夏季风环流异常密切相关,特别是P-J型遥相关波列和西太平洋副热带高压在中国东部大气边界层稳定度变化中可能起着非常重要的作用。     

自由大气的扰动对边界层结构影响的二维数值研究

在中性正压的行星边界层中,考虑边界层顶的负随时空变化的一般情况,在的假定下,用数值方法解边界层运动方程得到风及边界层某些参数的分布。还计算了边界层顶垂直速度,发现和Charney等人的结果不同。     

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     

950毫巴风场和温湿场与暴雨的关系

我们在华南前汛期几次暴雨过程的分析中,发现海拔500m低空(或950mb等压面)的风场和温湿场与暴雨有着很好的对应关系。一般说来,行星边界层的厚度约为1500m,海拔500m处(约950mb)可近似地代表边界层的情况(国外准备把925mb层来代表行星边界层)。在我们的分析中,发现暴雨最强的时刻,500m低空的辐合也最强,影响暴雨的温湿场特征在     

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。     

圆形涡旋非线性大气边界层中风的分布

在圆形涡旋的行星边界层中,考虑梯度风随半径变化的一般情况,在K=l~2|V/z|的假定下,解边界层运动方程得到风及边界层某些参数的分布。还计算了边界层顶部的垂直速度,并将其与某些其他工作中的垂直速度作了比较。     

预报夜间地面逆温高度的一个简单模式

行星边界层昼夜特性的研究,对于预报污染物的扩散具有重要意义。昼夜间边界层高度的变化有明显的不同,过去对夜间边界层高度的研究多集中于诊断方程方面,即借助于局地地面热量和动量通量等参数来描述边界层高度。用这种定常状态方程描述边界层结构的方法是不够的,近期的研究表明,大气层中稳定的边界层是连续演变的,因此,应当用描述边界层时间演变的预报方程来表达。     

行星边界层变形场与大暴雨落区

本文通过对1979—1981年梅雨期行星边界层变形场的分析，说明行星边界层上部变形场与大暴雨密切相关。利用它可以判断低气压系统的移动和发展，对未来12—24小时大暴雨落区预报有一定指示意义。     

地形与斜压边界层的动力分析

利用摄动方法,解析求解了含有地形的非线性斜压行星边界层的风场及其顶部的垂直速度。将所得结果与其它工作比较,说明了斜压性、地形和非线性平流对边界层中风场分布和顶部垂直速度的影响。     

用诊断模式估算风能

1.引言Sherman(1978)介绍了用连续方程模拟行星边界层气流的思想。基本步骤是在研究区域使用可得到的资料进行初始风场分析,并将边界层内风调整到无辐散状态。这使得气流在较高的地形上加速或围绕障碍物流过低处通道。Sherman 应用 Sasaki(1970)的变分法计算无辐散风。Bhumralkar 等(1980)     

行星边界层内低涡的环流结构

本文研究了常见低涡在行星边界层内的环流结构,指出了在行星边界层内的摩擦作用下,较弱的低涡就可以导致明显的径向流动,产生从四周向低涡中心的辐合,使中心附近垂直运动达到中尺度垂直运动的量级。同时利用多参数摄动法对非定常轴对称减弱低涡进行了环流结构的演变分析。     

酒泉绿洲夏季大气边界层加热(冷却)特征初探

利用“绿洲系统能量与水分循环过程观测与数值研究”的观测资料和酒泉站的地面和探空气象资料,计算了酒泉绿洲夏季大气边界层的加热（冷却）率,分析了酒泉绿洲近地面层和行星边界层的大气加热（冷却）率逐日变化,研究了不同典型天气下大气加热（冷却）率的变化特征。结果表明,酒泉绿洲近地面层和行星边界层内,大气加热（冷却）率具有明显的逐日变化特征;近地面层和行星边界层及整个大气层白天的大气加热率和夜晚的大气冷却率基本相当,大气能量基本守恒;日照时数、云量和特殊天气过程（如冷空气活动、沙尘天气和降水等）对大气加热（冷却）率有很大影响。     

西南低涡暴雨的边界层诊断分析

应用有限元方法，诊断分析了１９８２－１９８６年西南涡暴雨天气，重点是１９８３年５－９月四川６次西南涡暴雨天气的边界层动力特征。得到：行星边界层与西南涡暴雨具有密切关系；成都边界层东北风对应西南涡暴雨过程；边界层内正涡度、辐合、上升运动的出现、增强、减弱与西南涡暴雨的发生、发展、结束相联系；与青藏高原地形相关的边界层风场的动力作用，是西南涡暴雨产生的一个重要原因。