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湍流动能闭合方法在中尺度模式中的应用 总被引：3，自引：1，他引：2
湍流动能闭合方法是近年来发展起来的用以模拟大气边界层的一种方法,本文对其做了简化,仅在边界层内使用这一方法,进一步减少计算量,使之更适用于中尺度数值模拟。对一维旺加拉（Wangara）资料进行的试验表明,这种方法保留了边界层计算的精度,又能节省机时。然后将这种方法应用于三维中尺度钟形山地形的模拟,描述了湍流动能的分布,以及湍流活动对山后回流区面积和强度的影响。 相似文献
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利用先进的WRF中尺度模式中3种边界层参数化方案(YSU、MYJ和ACM2),模拟了2005年1月25~28日兰州市冬季地面温度和风速的变化,并与同期系留探空和自动气象站的实测资料进行了对比分析。结果表明:对兰州冬季大气边界层地面温度日变化的模拟,局地闭合的MYJ方案优于非局地闭合的YSU和ACM2方案;3种方案模拟的夜间位温廓线较好,白天的较差;在边界层低层,考虑局地和非局地闭合的ACM2方案模拟的位温廓线与观测值比较一致;在边界层上部,局地闭合的MYJ方案则更适合于描述大气湍流对位温垂直分布的影响;3种边界层参数化方案模拟的兰州地区冬季温度场空间分布特征相似,但MYJ方案模拟的夜间温度低于YSU和ACM2方案,白天则高于YSU和ACM2方案。 相似文献
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高寒草原地区边界层参数化方案的适用性评估 总被引：8，自引：0，他引：8
为了验证中尺度数值模式WRF中不同的边界层参数化方案对青藏高原地区高寒草原均匀下垫面的适用性,选取4种不同的边界层参数化方案(YSU、MYNN2.5、ACM2和BouLac),分别在青藏高原东部玛曲地区进行了高分辨率的数值模拟,借助中国科学院寒区旱区环境与工程研究所若尔盖高原湿地生态系统研究站观测资料,对典型晴天条件下近地层温度、辐射收支、地表能量以及边界层结构特征进行了相互比较分析,评估了不同边界层参数化方案的模拟差异.结果表明,对于近地层温度,白天不同方案的模拟值与观测值差异不明显,夜间MYNN2.5方案更偏离观测值,而其余方案的模拟差异不大;相对短波辐射,长波辐射过程更易受边界层参数化方案的影响;对于地表热通量,非局地闭合方案的模拟值相对湍流动能TKE闭合方案更接近观测值;对于净辐射通量、感热通量和潜热通量,MYNN2.5方案的模拟要优于其他3种方案;不同边界层参数化方案均模拟出了白天超绝热层以及夜间逆温、逆湿现象,但不同方案对边界层结构的模拟仍然存在一些差异. 相似文献
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利用WRF模式结合不同的边界层参数化方案,对2007年7月3—5日发生在江淮流域的一次梅雨锋暴雨过程进行多组数值模拟试验。结果发现,边界层方案的选取对于降水的落区和强度模拟会产生较显著的影响;在降水率及地面要素的模拟上,各方案在降水中后期的模拟差异明显大于降水发生阶段;不同边界层方案的选取对于降水时段内的水平风场、垂直运动和假相当位温的垂直分布都产生影响,直接影响降水时空分布的模拟;不同方案都模拟出了在降水发生之后不同于晴空日变化的湍流动能垂直分布,经分析发现与局地较强的垂直风切变和近地面强湍流气团被抬升有关,而浮力项起着耗散作用;各方案的湍流交换特征与湍流动能特征基本吻合,相比于其他方案,MYJ方案在降水区域的湍流动能及湍流交换强度明显偏弱,对热通量的输送也偏弱;GBM方案在边界层内的湍流混合偏弱而在边界层以上湍流混合显著偏强,热通量输送在边界层以上的高度上误差明显,影响了对降水区域气象要素的模拟能力,仍需要进一步改进。 相似文献
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一个统计低云方案及其在大气环流模式中应用初探 总被引：3，自引：1，他引：3
文中利用湍流耗散特征时间尺度和湍流垂直扩散系数对湍流二阶距进行参数化 ,将一个统计云方案与一阶湍流闭合方案进行耦合。基于数值试验 ,在不同的相对湿度、温度垂直梯度、以及湍流耗散特征时间尺度条件下 ,对该方案云量模拟能力的分析 ,发现该统计云方案对其采用的参数及湍流耗散特征时间尺度敏感。基于该数值模拟分析 ,修改了该统计云方案 ,并结合其他边界层积云参数化方案 ,给出了一个基于统计的低云参数化方案。将其初步应用于NCARCCM 3后发现 :该方案可以显著增强CCM 3对副热带低云的模拟能力 ,可以合理地模拟出大洋东部大陆西岸冷海域低云量大值中心 ,显示出该方案对于改进大气环流模式低云参数化具有潜在的应用前景。 相似文献
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WRF模式中QNSE方案的湍流长度尺度系数的调整试验研究 总被引：2，自引：0，他引：2
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。 相似文献
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为提高大气数值模式的模拟能力,改进大气边界层水汽、热量湍流输送计算和大雾天气的模拟效果,选用WRF三维非静力模式,采用具有局地和非局地垂直湍流尺度自适应计算能力的MYNN_SA参数化方案,对2017年12月28—29日我国华北—江淮地区的大范围浓雾过程进行了数值模拟研究,探讨从中尺度到灰区尺度分辨率范围,模式的尺度自适应大气边界层湍流参数化方案对稳定大气边界层发展、湍流输送和大雾天气模拟的影响。利用中国地面气象站观测资料和ERA5再分析数据,在接近灰区尺度的网格分辨率上,利用尺度自适应大气边界层湍流MYNN_SA参数化方案较之中尺度参数化MYNN方案,可明显改善次网格湍流输送计算,以及陆地浓雾的强度、空间分布和时间演变特征,可更精确地模拟云水混合比、逆温层和雾区的垂直结构。 相似文献
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湍流能量（TKE）闭合方案是近年来大气边界层（PBL）模式中技推崇的方法,它具有11－2阶精度。大气环流模式的计算容量和垂直网络限制,不允许PBL方案过份精细。本文对TKE方案进行简化及网络稀疏化试验。并用Wangara资料验证。验证结果表明：此方案引入PBL内仅设置5层的大气环流模式是可行的。地面以上400米内模式结果与实测吻合。但中、上部位温计算值偏高。关于本方案在大尺度模式中的应用尚须进一步研究。 相似文献
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Physick et al. (1989) have discussed some difficulties associated with simulation of the sea-breeze thermal internal boundary layer (TIBL), using a numerical model containing a profile exchange coefficient formulation developed by O'Brien (1970). They suggested that a closure scheme based on a prediction of turbulent kinetic energy (TKE) would be able to resolve the TIBL better than a profile scheme. This Research Note reports simulations of the case discussed in I, using a numerical model with a TKE-based turbulence closure. 相似文献
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A mesoscale planetary boundary layer (PBL) numerical model has been developed to study airflow over complex topography. Turbulence closures using the turbulent kinetic energy (TKE) and dissipation () equations are investigated in combination with the level 2.5 scheme of Mellor and Yamada (1982) to determine eddy diffusivities for momentum and heat. This modified E- closure is simpler than the level 3 one which requires more prognostic equations for moist turbulent transport.One-dimensional (1-D) model results show that the PBL mean flows under various stability conditions are not significantly sensitive to the modified Blackadar and Kolmogorov eddy mixing-length formulations used in this E- model, although the latter yields excessively large mixing lengths in the entrainment region of the upper PBL. Eddy mixing lengths in the Kolmogorov-type formulation can be better defined by introducing background dissipation. Using the same prognostic TKE equation, the 1-D model results are not significantly affected by different diagnostic formulations in the closures. The simulated results compare well with large-eddy simulations and those obtained using higher-order closure schemes including the level 3 one. The results are found to be insensitive to eddy Prandtl number, in contrast to the 2-D model results (see Part II). 相似文献
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Large eddy simulation and study of the urban boundary layer 总被引：7，自引：1，他引：6
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本文建立一个三维非静力边界层模式对杭州湾附近复杂地形域区进行了数值模拟。要用常用的能量闭合和一 新的非局地反梯度闭合方案结合实测资料,以验证不同闭合方案模拟实际大气的能力,进一步分析三维边界层模式的效能结果表明,两种闭合方案都能较好的模拟澳陆环流及温度场,而反梯度闭合比能量闭合更能细致、敏感的模拟湍流场随地形的变化,且模拟结果与实测接近。 相似文献
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An attempt is made to study the planetary boundary layer (PBL) characteristics during the winter period at Anand (22.4°N, 72.6°E), a semi-arid region, which is located in the western part of India. A one-dimensional turbulent kinetic energy (TKE) closure model is used for the study. The structure of the PBL,which consists of profiles of zonal and meridional components of wind,potential temperature and specific humidity, is simulated. A one-dimensional soil heat and moisture transport parameterization scheme is incorporated for the accurate representation of the energy exchange processes at the soil-atmosphere interface. The diurnal variation of fluxes of sensible heat, latent heat, shortwave radiation, net radiation and soil flux, soil temperature at different depths, Richardson number and TKE at the height of the constant flux layer is studied. The model predictions are compared with the available observations obtained from a special Land Surface Processes (LSP) experiment. 相似文献
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Modelling the arctic convective boundary-layer with different turbulence parameterizations 总被引：1，自引：1，他引：0
Different parameterizations of subgrid-scale fluxes are utilized in a nonhydrostatic and anelastic mesoscale model to study their influence on simulated Arctic cold air outbreaks. A local closure, a profile closure and two nonlocal closure schemes are applied, including an improved scheme, which is based on other nonlocal closures. It accounts for continuous subgrid-scale fluxes at the top of the surface layer and a continuous Prandtl number with respect to stratification. In the limit of neutral stratification the improved scheme gives eddy diffusivities similar to other parameterizations, whereas for strong unstable stratifications they become much larger and thus turbulent transports are more efficient. It is shown by comparison of model results with observations that the application of simple nonlocal closure schemes results in a more realistic simulation of a convective boundary layer than that of a local or a profile closure scheme. Improvements are due to the nonlocal formulation of the eddy diffusivities and to the inclusion of heat transport, which is independent of local gradients (countergradient transport). 相似文献
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A mesoscale Planetary Boundary Layer (PBL) model with a simple turbulence closure scheme based on the turbulence kinetic energy (TKE) equation and the dissipation () equation is used to simulate atmospheric flow over mesoscale topography. Comparative studies with different parameterizations suggest that with a proper closure assumption for turbulence dissipation, the E-model can simulate the circulation induced by the mesoscale topography with results similar to those obtained using the E- model. On the other hand, the first-order closure using O'Brien's cubic interpolation for eddy diffusivities (K) generally produces much larger K profiles in the stable and the unstable regions, which is believed to be due to the overprediction of the height of the PBL. All models with the TKE equation yield quite similar ensemble mean fields, which are found to be little sensitive to the closure assumption for turbulence dissipation, though their predicted magnitudes of TKE and K may differ appreciably. A discussion on the diurnal evolution of the mesoscale topography-induced circulation and the spatial variations of the turbulence fluxes in the surface layer is also given based on the E- model results. 相似文献