β-GMA与边界层动力学特征

本文研究了β平面中的地转动量近似(β-GMA)及其成立条件.利用β-GMA得到了一个描述Ekman动力学特征的动力学方程组.研究了β项和地转动量(GM)对Ekman层动力学的共同作用.结果表明,β-GMA下的解由两部分组成,一部分即为f-GMA下的解,另一部分为β项与GM的相互作用解.这样,一方面,β-GMA解由于β项存在,对一个定常纬向对称的高度场具有纬向非对称结构,而f-GMA解是纬向对称的.利用一个定常、轴对称的圆形涡旋例子计算了Ekman层的水平风速和边界层顶部的垂直速度,并与经典解、f-GMA解     

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。     

线性和非线性地形罗斯贝波

本文在半地转概念下,讨论了线性和非线性地形罗斯贝波的稳定性及其解。指出:线性和非线性稳定性判据形式一致。在线性时,地形东西向及南北向坡度对稳定波动的周期和传播速度有明显影响,其解为周期函数;在不稳定时,解为非周期函数。二级近似时其解为孤立波形式——不稳定时,在地形不同位置可形成东移或西移的孤立波槽或孤立波脊;而在稳定时只形成孤立波槽。三级近似时解出现间断点。     

准地转ω方程中的变形项

在一个典型中纬度气旋的整个生命过程中，持续监测对流层中层变形项的数值发现，在气旋徨命史的早期阶段，中层变形项的数值一般来说很小。     

加利福尼亚流系流场的季节性演变

本文利用三维数值模型(ROMS-Co Si NE)分析了整个加利福尼亚流系水平流场的季节性演变过程,研究了美国加州中部海域流场垂直结构的季节性变化特征,并探讨了其动力学机制。研究发现:(1)数值模型能够较为准确的模拟流场的季节性变化,与浮标观测数据以及前人的研究结果符合良好;(2)从表层到200m,加利福尼亚潜流向高纬度扩张,近岸上升流急流则向高纬度撤退,加州南部海域的中尺度涡更显著;(3)在加州中部海域,近岸急流的最大值(约15cm/s)发生在夏季,位于近岸的表层海域;加利福尼亚潜流最大值(约4cm/s)发生于冬季,出现在离岸100km的125m处;加利福尼亚流在春季达到全年最大值(约5cm/s),流轴位于离岸(400—600km)的表层海水。加利福尼亚流系的流场具有显著的季节性变化,研究进一步表明这主要受地转关系调控。     

WRF模式中QNSE方案的湍流长度尺度系数的调整试验研究

边界层参数化方案中湍流混合对数值模拟起着重要的作用,湍流混合作用的恰当描述对于温度、湿度、风场以及降水的准确模拟至关重要。我国长江中下游流域人口密集,暴雨灾害频发,很有必要寻找一种适合该地区降水模拟的边界层参数化方案。本文运用WRF（Weather Research and Forecasting）中尺度数值模式,以QNSE（Quasi-Normal Scale Elimination）边界层参数化方案为基础,将其中湍流混合长度尺度系数调整为可变参数。本文将Noh et al.（2003）提出的Prandtl公式与Janji?提出的修正湍流长度尺度系数的方法相结合,通过考虑非局地项的强迫、地表稳定度与边界层高度对湍流长度尺度系数的影响,强调大气的动力结构特征与热力结构特征对湍流混合的共同影响,从而提高QNSE边界层参数化方案在不同地理环境下的模拟能力。文章通过进行长江中下游地区的典型暴雨试验,将调整参数后的QNSE方案与原方案进行比较,重点分析调整参数后的方案与原方案对关键基本气象要素场、边界层结构特征以及降水的模拟能力,并将模拟结果与观测结果进行对比,结果表明:调整参数后的方案一定程度上改进了地表温度、边界层结构以及降水的模拟效果。进一步研究表明,调整参数后的方案主要通过改变边界层混合缓解水汽混合比、位温模拟方面的误差。