An Observational Study of the Mesoscale Mistral Dynamics

We investigate the mesoscale dynamics of the mistral through the wind profiler observations of the MAP (autumn 1999) and ESCOMPTE (summer 2001) field campaigns. We show that the mistral wind field can dramatically change on a time scale less than 3 hours. Transitions from a deep to a shallow mistral are often observed at any season when the lower layers are stable. The variability, mainly attributed in summer to the mistral/land–sea breeze interactions on a 10-km scale, is highlighted by observations from the wind profiler network set up during ESCOMPTE. The interpretations of the dynamical mistral structure are performed through comparisons with existing basic theories. The linear theory of R. B. Smith [Advances in Geophysics, Vol. 31, 1989, Academic Press, 1–41] and the shallow water theory [Schär, C. and Smith, R. B.: 1993a, J. Atmos. Sci. 50, 1373–1400] give some complementary explanations for the deep-to-shallow transition especially for the MAP mistral event. The wave breaking process induces a low-level jet (LLJ) downstream of the Alps that degenerates into a mountain wake, which in turn provokes the cessation of the mistral downstream of the Alps. Both theories indicate that the flow splits around the Alps and results in a persistent LLJ at the exit of the Rhône valley. The LLJ is strengthened by the channelling effect of the Rhône valley that is more efficient for north-easterly than northerly upstream winds despite the north–south valley axis. Summer moderate and weak mistral episodes are influenced by land–sea breezes and convection over land that induce a very complex interaction that cannot be accurately described by the previous theories.     

太原城市下垫面扩张对边界层特征影响的个例研究

通过高分辨率卫星夜间灯光数据获取最新的城市地表分布,并利用高分辨率数值模式对2013年8月14~16日太原区域的一次高温过程进行研究,探讨城市下垫面扩张对大气边界层的影响。结果表明：基于DMSP/OLS夜间灯光数据对模式中地表参数修正后,能够更准确地反映太原主城区和高速公路沿线小规模建筑群的扩张,有效改善了模式的预报性能,显著提高对近地面气温、地表温度的预报能力。城市下垫面的扩张,使城区夜间升温明显,热岛强度增强。与1992年的城市化状况相比,晴空天气条件下,2012年太原城区夜间气温上升5℃,热岛强度升高2~3℃。城市下垫面扩张,改变了地表能量分配关系,使得地表感热传输明显加强,潜热通量明显减弱,城市冠层作用下的储热能力增强。边界层内部湍流交换、水汽输送等的进一步研究表明：城市地表水汽输送减弱,边界层水汽含量减少,2~4 km高度的水汽含量增加,湍流动能的影响高度增高,湍流混合加剧;14：00,城区边界层高度抬高了800 m,城市上空混合层加深,持续时间更长。     

南京冬季雾多发期边界层结构观测分析

2006年冬季在南京北郊盘城利用系留气球探测系统、自动气象站等仪器对雾日和非雾日的边界层进行了监测,对比分析了两者的边界层结构。结果表明,非雾日主要为单层贴地逆温,并时常出现短时的双层结构,雾发展成熟时逆温则脱离地面。与非雾日相比,雾日平均雾顶之上温度日较差增大,雾顶之下则减小。平均风速的时间—高度分布在雾日和非雾日类似,在稳定性边界层中风速随高度出现一个或者两个极大值区。温度和比湿在非雾日没有显著的对应性,而在雾体内具有较好的对应关系,在雾顶升降过程中反相关。较强的逆温、较低的温度和较小的近地层风速是南京冬季成雾的背景条件。     

A Simple And General Subgrid Model Suitable Both For Surface Layer And Free-Stream Turbulence

A new and general approach is presented to allow standard subgrid schemes to besuitable both for surface layer and free-stream turbulence. Simple modificationsto subgrid schemes are proposed and derived for any vertical stabilityconditions. They are simple to implement in models and are suitable for morecomplicated simulations such as large-eddy simulation with inhomogeneoussurface conditions or complex topography. They are also applicable to mesoscaleand large-scale models. These modifications are physically justified by recentmeasurements of spectra close to the ground. The spectral analysis presentedshows how the energy deficit of blocked turbulence for a given dissipation(`anomalous dissipation') dramatically affects the coefficients to be used insubgrid schemes. As shown for neutral and convective cases with wind shear,these changes allow us to substantially improve the prediction of profiles for themean quantities in the surface layer. Agreement with similarity laws in the unstablecase is found up to about 0.2z_i, for simulated shear, stabilityprofiles and dissipation rates of turbulent kinetic energy.     

基于BJ-RUCv2.0预报系统对大雾形成和发展关键条件的数值分析

为了弄清北京地区持续性雾-霾天气过程的演变规律、揭示大雾形成和发展的关键条件,利用常规气象观测资料、高速路自动气象站观测资料和大气成分观测资料分析了2013年1月26~31日雾-霾天气过程的演变特征和有利于大雾形成和发展的天气形势。在此基础上,采用先进的北京快速循环同化中尺度数值预报系统（BJ-RUC v2.0）开展数值模拟,分析大雾形成的水汽、动力和热力条件,得出:模式对1月30日夜间至31日前半夜的雾区模拟较好,但对28日夜间至29日白天（大雾天气伴严重大气污染）雾区的模拟偏差较大。发现近地层的持续性东南风使950 hPa以下湿度增大是大雾形成的关键条件。上层（975~800 hPa）的明显暖平流导致逆温层的加强和维持,使大气层结稳定度增强,是大雾天气发展和维持的重要条件。另外,近地层950 hPa以下为风场辐合、其上层为风场辐散的结构有利于雾的进一步发展。     

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.     

边界层湍流输送的若干问题和大气线性热力学

总结了大气线性热力学基本理论,讨论了大气边界层的能量和物质输送交叉耦合效应,还讨论了大气系统动力过程和热力过程的交叉耦合效应。分析指出：由于动力过程和热力过程的交叉耦合效应,导致大气边界层能量和物质输送过程除了湍流输送外,还应包括大气辐散和辐合运动对能量和物质的输送。非均匀下垫面大气边界层和对流边界层辐散和辐合运动对能量和物质输送是重要的。在这个基础上,讨论了非均匀下垫面和对流边界层地表能量的平衡问题,非均匀下垫面和对流边界层陆面过程边界层参数化等问题。这些研究不仅丰富了大气边界层物理理论,而且为克服当前大气边界层物理应用中所遇到的困难提供了理论依据。     

绿洲与荒漠相互影响下大气边界层特征的模拟

用发展的二维中尺度土壤－植被－大气连续体数值模式模拟了绿洲与荒漠相互影响下的大气边界层特征。得到了绿洲和临近荒漠之间的边界层高度、风螺线、风速廓线、位温廓线和比湿廓线的差别,并给出了绿洲对其上游和下游荒漠大气的不同影响。基本再现了白天绿洲大气逆温和临近绿洲的荒漠大气逆湿。模拟实验研究不仅验证了外场观测结果,而且也使我们对复杂下垫面边界层结构有了一些新的认识。     

太平洋混合层厚度(dml)年际异常的初步分析

用太平洋区域30a逐月混合层厚度(dml)及浅层海温(Ts)距平资料,分析了20°S以北太平洋区域dml年际变率的地理分布和季节变化,得到两个纬向dml高变率带,它们分别位于北太平洋(45°N附近)和赤道中、西太平洋.重点分析了赤道太平洋dml高变率带,并对其上混合层气候位置、dml年际异常与El Nino事件关系及伴随强El Nino事件的dml正异常东传等作了初步分析.     

MM5中新边界层方案的引入和对比试验

本文介绍了一种新的边界层方案，即E－ε－1方案，并用五种层结下的通量廓线关系计算地面通量，将其引入到中尺度数值天气预报模式MM5中，并用新的边界层方案对江淮流域存季暴雨进行了短期模拟，与此同时，对新的方案和模式原有的各种边界层方案作了比较，对此得到了一些有价值的结果。