层积云覆盖的边界层数值模拟研究(Ⅰ):数值模式的建立

层积云是一种在湍流作用下形成的边界层云,在这种边界层中,层积云顶即边界层顶,云层和非云层耦合在一起,为了加深对这种层积云覆盖的边界层的理解,许多作者已经做了大量的野外观测和数值试验研究,然而在数值模拟研究中存在湍流和云物理模式相互脱节的现象,针对这种缺陷,本文在湍流控制方程组中引入云滴控制方程,发展了一个新的用于研究海区层积云覆盖的边界层的数值模式,所建模式具有如下特点：（1）实现了云物理模式与湍流模式的相互耦合;（2）实现了云滴分档凝结模式和三阶湍流闭合边界层模式相互耦合,利用所建模式对大涡模拟对比试验所采用的个例进行了数值模拟,数值模拟结果表明,该边界层模式能较合理地模拟海区层积云覆盖的边界层微湍流结构和云微物理过程。     

“HEIFE”中‘中方’微气象塔的仪器精度和观测误差

本文分析了“黑河地区地气相互作用的观测试验(HEIFE)”中‘中方’微气象观测塔的仪器测量精度和各湍流通量的观测误差。结果表明,仪器精度基本能够满足近地面层的观测要求。     

春末黄土高原半干旱区地表能量闭合的观测研究

利用兰州大学半干旱气候与环境监测站的连续观测数据,分析了该站的数据质量情况和黄土高原半干旱区的近地层湍流通量特征及地表能量平衡能量闭合状况.结果表明:兰州大学半干旱气候与环境监测站(SACOL)湍流通量的平均时间取30min为宜.该站利用EdiRe获得的湍流通量较TK2和CR5000数据自动记录器输出的湍流通量结果要好.黄土高原半干旱区近地层湍流能量与地表含水量状况明显相关,地表干燥时感热通量处于主导地位,接近于干旱区的特征;地表湿润时感热通量和潜热通量则相当,接近于湿润地区的特征.地表能量平衡分析表明,兰州大学黄土高原半干旱环境监测站观测的地表能量闭合度高达85%,与已有的观测相比,能量闭合情况属于较好水平.     

线性热力学对大气系统的应用(I)大气系统的线性唯象关系和热力学性质(英文)

从一般的热力学原理或其它自然原理对唯象关系所强加的限制,能够演绎出大气系统的一系列热力学性质。利用非平衡态线性热力学导出了湍流K闭合理论中湍流交换系数同唯象系数的关系,从理论上证明大气系统热量湍流输送同水汽之间存在交叉耦合,还导出了湍流强度同速度和位温梯度的关系,从而证明速度和位温空间分布的非均匀性是湍流之源。并证明湍流强度定理,不可压缩气体和各向同性湍流大气中,湍流强度正比于速度与位温梯度的标积。进而证明大气涡旋定理,位温的切变将导致涡旋运动或各种环流运动,速度涡度等于速度同位温相对梯度的矢积。展现了线性热力学在大气系统的应用前景。     

强沙尘暴微气象特征和局地触发机制

强沙尘暴是干旱地区一种破坏性极大的灾害性天气现象。本文分析了1993年5月5日强沙尘暴的微气象特征和各辐射分量特征。并结合这次强沙尘暴大、中尺度过程特征，分析了强沙尘暴和干飑线的形成和发展机制，干飑线发展具有一种沙尘造成的辐射冷却正反馈机制和局地不稳定大气的触发机制。进而根据这些事实建立一个干飑线发展的物理模型。     

降水强迫对戈壁局地气候系统水、热输送的影响

用黑河实验中化音站（戈壁）加强期的湍流脉动场资料对降水强迫影响戈壁局地气候系统水、热输送的过程进行了系统分析。结果表明：降水强迫会使戈壁局地气候系统出现暂时的不平衡状态，要重新回到平衡状态需要通过物质和能量的重新调配来实现。该过程可划分为４个阶段，各个阶段间的感热、潜热和水汽通量均有较大差异。从近地层水、热输送特征看，受降水强迫后非平衡状态的张弛时段大约为４ｄ。在整个张弛期间，地表接收到的降水约有２／３通过地表蒸发后输送到大气，其余部分可能被渗入地下     

热平流影响下湿润地表的通量-廓线关系

在有热平流影响的湿润地表，对Ｂｕｓｉｎｇｅｒ－Ｄｙｅｒ创立的经典通量－廓线关系作了简单的非线性作用修正。并利用热量和水汽输送方程两种不同简化方程分别对非线性修正因子ａ＇ｖ进行了理论分析和讨论，表明在热平流影响下的湿润地表α＇ｖ＜１，且由理论方地出一个αｖ与ζ的简化关系式。最后，用经参数化后得到的α＇ｖ表达式和修正后的相似性关系式联立构成的闭合方程组，以及用ＨＥＩＦＥ的资料求解出α＇ｖ及其它特征参数     

黑河实验（HEIFE）的一些研究成果

本文回顾了黑河实验（ＨＥＩＦＥ）的执行情况，总结了到目前为止的主要研究成果。得到了干旱地区陆面过程地表参数、地表能量平衡特征和湍流通量参数化的结果。同时得到了干旱地区陆面过程的物理机制同湿润地区有质的差异这一认识：同湿润地区不同，干旱地区地表蒸散和植被过程并不是地表能量平衡中的控制因子，因为感热并不输送到自由大气仅是大气边界层的强迫因子；而潜热输送给自由大气并且潜热的释放是大气环流的主要能源，但干旱地区很少或没有水汽和潜热输送到自由大气，所以干旱地区自由大气不能从地面得到热能；地表反射率大和向上长波辐射强致使净辐射亏损大；基于以上原因，干旱地区可能是一个水汽输送和热能的“汇”。这些结果使我们能更好地理解干旱地区的陆面过程。黑河实验的结果以系统的观测事实证实了绿洲的冷岛效应，临近绿洲沙漠的逆湿现象，即夏季白天常常是绿洲有感热向下输送，临近绿洲的沙漠有水汽向下输送。这些结果揭示了绿洲和沙漠环境相互作用的较完整图像     

THE COMBINATORY METHOD FOR DETERMINATION OF THE TURBULENT FLUXES AND UNIVERSAL FUNCTIONS IN THE SURFACE LAYER

A combinatory method of determining the turbulent fluxes in the surface layer has been developed and their generalrepresentations have been thus obtained.The universal functions of the (M-O) similarity in the surface layer can be de-termined by the method.The results calculated by using the ITCE's data indicate that the method is feasible.     

绿洲系统维持机制的非线性热力学分析

参照前人的一些研究,以热力学第二定律为基础,以非线性热力学方法分析了开放热力系统的熵变过程,给出了开放热力系统发展方向的热力学判据,该判据表明开放热力系统只有在外界提供的负熵流支持下才能维持其非平衡态的定态有序结构,否则热力学系统将会演变成无序结构的平衡态。在此基础上,我们把绿洲系统近似看成一个自然界处于定态的开放热力学系统,并给出了该系统与外间之间能量流和物质流过程所引起的总体熵流的时变方程,分析了绿洲系统各种内外因素对熵流变化的贡献,初步讨论了绿洲演化的本质以及绿洲稳定维持所需要的内外因条件。同时还进行了简单的数值分析。