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本模式用以K半经验理论为基础的闭合方程组求解,引进了地形作用、动量、热量和水汽的侧向扩散和垂直湍流交换以及凝结加热等物理过程,其中湍流交换系数K是地表粗糙度、几何高度、大气稳定度及风速切变等因子的函数。本模式还考虑了山地、平原和水面在地形高度、地表粗糙度、辐射、蒸发及热交换等方面的差异,在下垫面上建立热平衡方程与边界层内控制方程耦合。将模式应用于太湖流域,计算得到的该流域边界层内温、压、湿、风的分布特征与实际情况相似,模式具有一定的实用性。 相似文献
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为了研究城市化进程对城市边界层结构的影响，通过高分辨率的卫星遥感资料获得土地利用类型,以及地表反照率、植被指数等地表参数，以南京为例，运用数值模拟手段进行了研究，结果显示这是一种可行的手段.数值模拟结果表明，随着城市的发展，城市反照率减小、植被减少、地表湿度减小，蒸发耗热减少，感热通量增加140 W/m2，城市波恩比增加.地表和大气之间热量交换加强，湍流热量通量增大了一倍，湍流交换发展加剧，14：00混合层高度抬高了500 m.地表湍流水汽通量和空气中水汽含量都减小，这也使更多的热量用于加热地表和大气，使地温、气温的日变化幅度增加. 相似文献
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本文利用高分辨率中尺度WRF模式,通过改变边界层参数化方案进行多组试验,评估该模式对美国北部森林地区边界层结构的模拟能力,同时比较了五种不同边界层参数化方案模拟得出的边界层热力和动力结构.结果表明：除个别方案外,配合不同边界层方案的WRF模式都能成功模拟出白天对流边界层强湍流混合特征和夜间稳定边界层内强逆温、逆湿和低空急流等热力和动力结构.非局地YSU、ACM2方案在白天表现出强的湍流混合和卷夹,相比于局地MYJ、UW方案,模拟的对流边界层温度更高、湿度更低、混合层高度更高、感热通量更大,更接近实际观测,这表明在不稳定层结下考虑非局地大涡输送更为合理,但局地方案在风速和风向的预报上存在一定优势.TEMF方案得到的白天局地湍流混合强度为所有方案中最弱,混合层难以发展,无法体现对流边界层内气象要素垂直分布均匀的特点.对于夜间稳定边界层的模拟,不同参数化方案之间的差异较小,但是YSU方案在一定程度上高估了机械湍流,导致局地湍流混合偏强,从而影响了其对稳定边界层的模拟能力. 相似文献
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几种不同下垫面地表粗糙度动态变化及其对通量机理模型模拟的影响 总被引：4，自引：0，他引：4
在众多地表通量模拟模型和遥感通量反演模型中,空气动力学粗糙度(z0)是一个重要的地表参数.选取代表典型农田的禹城站,代表复杂下垫面的千烟洲站和代表森林下垫面的长白山站3个通量观测站的风速和温度廓线资料,运用最小二乘法拟合迭代,分别计算得到各站点通量塔所在地的零平面位移和空气动力学粗糙度.在此基础上,分别分析不同下垫面的空气动力学粗糙度随作物高度和叶面积指数(LAI)、风向(地形)、风速、摩擦速度等因子的变化.并采用SEBS模型分析地表空气动力学粗糙度动态变化对地表通量计算的影响.结果表明空气动力学粗糙度随植被特征(如作物高度,叶面积指数等)以及风向、风速和摩擦速度等因子而变化.禹城和长白山站通量塔所在风浪区的空气动力学粗糙度明显随作物生长期植被高度及叶面积指数变化,即先随LAI增加而增加,达到峰值后,随LAI增加而减小;千烟洲叶面积指数变化较小,空气动力学粗糙度随叶面积指数的变化不明显;地形较平坦的禹城和长白山站空气动力学粗糙度随风向变化较小,而地形起伏较大的千烟洲站空气动力学粗糙度随风向变化较大.随着风速的变化,禹城站空气动力学粗糙度没有明显变化,而千烟洲和长白山空气动力学粗糙度表现出随风速增加而减小的趋势.各站空气动力学粗糙度的这种动态变化对模型通量反演有较大影响,通过模型分析,5月1日～6月3日禹城空气动力学粗糙度日平均值、千烟洲及长白山通量塔空气动力学粗糙度5d平均值与模型所取z0值相比,由于z0的动态变化造成相同时间尺度显热通量H的计算相对误差的绝对值最大可分别达到2.726%,33.802%和18.105%. 相似文献
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研究新一代中尺度气象模式WRF中两种大气边界层方案(MYJ,YSU)对沈阳冬季大气边界层结构模拟的影响,重点分析温度层结、低层风场、边界层高度等对污染物扩散有重要影响的气象要素.和观测数据的比对表明WRF基本能够模拟出温度风速的日变化特征,但模拟风速偏大.YSU方案由于模拟的边界层顶卷挟和边界层内混合作用较强,夜间接地逆温强度低于MYJ方案,逆温维持时间比MYJ方案短4小时,同时模拟边界层高度也高于MYJ方案,有利于污染物垂直扩散.边界层高度的3种计算方法中,湍流动能方法计算的边界层高度最高,Richardson数方法次之,位温方法得到的高度最低.Richardson数方法对临界值的选取较敏感. 相似文献
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热带气旋边界层关键结构研究进展 总被引：1，自引：0，他引：1
边界层的动热力结构在很大程度上决定了热带气旋(TC)的发生发展,首先,TC边界层是触发TC对流的源地,并作为海-陆-气能量交换的主要中介,提供TC发生发展的重要能源;其次,边界层是TC对流发展所需水汽的主要输送通道;第三,TC登陆时,陆地下垫面摩擦直接作用于边界层,加强辐合、对流和湍流输送.对这些特征的了解有利于从根本上掌握TC发展变化的规律,为提高登陆TC分析和预报水平奠定基础,具有重要的科学价值和实际意义.本文在前期TC边界层研究工作的基础上,从热力学和动力学的角度,介绍了近年来国际上关于TC边界层风场、湍流交换、卷涡、能量和水汽输送等关键结构特征研究的主要进展.阐述了边界层入流对于TC能量平衡、水汽输送的重要作用,揭示了边界层超梯度风现象存在的机制和成因,以及边界层卷涡与边界层动量输送和TC强度发展的关系.这些认识有助于加强TC边界层关键结构对TC发展作用的理论认识.在此基础上,指出了目前TC边界层研究中存在的核心难点问题,并建议将TC边界层研究与数值预报方法相结合:除了将边界层观测通过资料同化应用于TC数值模式初始化,还可研究优化与TC涡旋结构相关的边界层参数化方法,实现TC数值模式初始化与边界层物理过程的衔接,探索可切实改进TC预报的有效途径. 相似文献
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大气边界层研究进展 总被引：1，自引：0，他引：1
大气边界层对云和对流的发展、演变有重要作用.本文回顾了在大气边界层高度计算方法,边界层的时空分布特征、结构和发展机理,以及边界层参数化方案等方面的主要研究进展.大气边界层高度计算方法主要分为基于大气廓线观测数据计算和基于模式参数化方案计算两大类;大气边界层高度频率分布形态具有明显的日变化特征,并且稳定、中性和对流边界层高度的频率分布呈现出不同的Gamma分布特征;地面湿度状况对边界层发展影响明显,对于不同的下垫面热力性质和地形状况,大气边界层高度呈现出明显的空间差异,青藏高原边界层高度明显高于一般平原地区;在强烈的地面加热驱动下,对流边界层与残余层通过正反馈机制循环增长可以形成4000 m以上的超高大气边界层;研制大气边界层、浅对流以及云物理方案的统一参数化框架是未来数值预报模式的发展趋势. 相似文献
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运用SAR图像和TM热红外图像定量反演地表空气动力学粗糙度的二维分布 总被引：2，自引：1，他引：2
在分析“陆地表面与大气相互作用”研究领域对地表空气动力学粗糙度二维分布的科学需求后, 确定以SAR (Synthetic Aperture Radar)图像的后向散射系数与地表的几何特征参数、介电常数等参数具有定量关系的SPM(Small Perturbation Model)模型为基础, 提出了运用TM热红外图像和地面同步观测的微气象数据相结合的热惯量-土壤湿度反演模型, 获取了试验区内土壤表层的湿度信息, 通过与介电常数的链结, 从SAR图像的后向散射的复合信息中解析出像元尺度的非体散射地表的几何特征信息; 经过形态因子的转换, 在SAR图像和TM图像空间尺度转换的基础上得出非植被区的等效几何粗糙度信息. 再应用作物高度的光谱模型, 计算出试验区的作物高度后, 转换为等效几何粗糙度. 采用分层镶嵌等图像处理方法, 生成了试验区像元尺度的地表等效几何粗糙度的二维分布图. 根据大气湍流理论和大气稳定度订正方法, 对测量的大气温度剖面数据和风速剖面数据进行迭代运算, 获取了试验区内裸土及小麦植被等类型地表风浪区的空气动力学粗糙度实测值. 在分析风浪区等效几何粗糙度、动力因子、热力因子对空气动力学粗糙度的共同作用后, 建立了由地表等效几何粗糙度向空气动力学粗糙度转换的尺度转换模型. 运用实测值验证了这一系列模型最终反演结果, 表明整个研究思路是可行的, 并可望应用于与空气动力学粗糙度有关的地-气相互作用的区域化研究领域. 相似文献
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《中国科学:地球科学》2015,(6)
通过对青藏高原东南缘大理2008年3~8月大样本边界层铁塔观测系统超声和梯度资料、风廓线雷达和GPS探空资料的综合分析,研究发现高原东南缘湍能分量(湍流动能、切变项和浮力项)强弱依赖于下垫面植被的变化状况,且与局地稳定度特征及其动力、热力条件存在显著关系.近地层处于中性层结时,机械湍流较强,湍流动能主要贡献来源于切变项;当不稳定层结时大气湍流运动则以热力湍流为主,即浮力项较强,切变项较弱;在稳定层结时湍流发展呈间歇性特征,其中浮力项与切变项亦较弱,且湍流动能显著小于中性和不稳定状态.研究亦发现春季位于青藏高原大地形南坡的林芝站浮力项贡献显著大于高原大地形东南缘大理站,这反映了青藏高原南坡强对流活动过程中热力湍流的重要贡献,但位于高原东南缘山谷起伏、复杂地形区域的大理站近地层的机械湍流却显著大于高原南坡林芝站;从湍流-对流运动不同尺度相互作用视角,研究发现高原东南缘午时对流边界层CBL(Convective Boundary Layer)顶高可达1500~2500 m,边界层湍流动能、切变项、浮力项与对流边界层顶高、局地垂直运动均呈显著相关,且白天地面感热通量或浮力项的热力湍流作用对CBL发展高度亦有明显影响,而机械湍流的剪切作用影响却相对小;另外,近地层切变项机械湍流输送对垂直运动影响显著,尤其午前其对垂直运动影响高度可达2500~3000 m;春、夏季浮力项、切变项与垂直运动相关的日变化峰值均为大气层结显著不稳定阶段,尤其夏季层结不稳定背景下浮力项午后对垂直运动贡献显著.本文研究结论揭示出高原东南缘对流活动的湍能源驱动特征及其两者的相互作用. 相似文献
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Influence of the surface roughness, geostrophic wind speed and initial stable stratification on surface layer scales, namely the friction velocity, temperature scale and the Monin-Obukhov length, and on non-dimensional profiles has been studied in quasi-stationary PIAPBLM (Prague Institute of Atmospheric Physics Boundary Layer Model) runs. Modifications of the stability functions, of the non-local mixing length concept, and of surface layer parametrization have improved the model results. With the ground temperature kept constant in time, the boundary layer is subjected to a turbulent cooling induced by surface roughness and to a counteracting turbulent heat transfer directed downwards. If the wind speed is lower, a rather mixed layer develops capped by a more stable layer. The estimated Monin-Obukhov length then slightly increases and the non-dimensional gradients overpredict the empirical values even more. 相似文献
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《中国科学:地球科学(英文版)》2021,(7)
Based on observation data from urban observation stations in Nanjing and Suzhou at two heights in the roughness sublayer above the canopy and observation data at three heights in the SORPES station at the Xianlin Campus of Nanjing University in a suburban area, the of land-atmosphere turbulent flux exchange and the energy balance over complex underlying surfaces were analyzed. The results indicated that in the roughness sublayer above the canopy, the nearsurface momentum flux, sensible heat flux, and latent heat flux increase with height, and the observation value of the surface albedo increases with height. However, the observation value of the net radiation decreases with height, thus resulting in a change in the urban surface energy budget with height. At the SORPES station in the Xianlin Campus of Nanjing University located in a hilly area, the momentum flux, sensible heat flux, and latent heat flux of the ground observation field significantly differed from those of the two heights on the tower, while the two heights on the tower were extremely close. These results indicate that the flux observation over the complex underlying surface exhibits adequate local only when it is conducted at a higher altitude above the ground. The turbulent flux observation results at a lower altitude in urban areas are underestimated, while the turbulent flux observation results near the surface produce a large deviation over the underlying hilly complex. 相似文献
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For a patchy snow cover the advective heat transport and the near-surface boundary layer decoupling, which have an opposite effect on sensible heat transport onto the snow surface, are both expected to increase in magnitude. The main aim of this study is to investigate the effects of locally developing atmospheric stratification over a discontinuous snow cover which can result in a decoupling from the warm atmosphere. We are particularly interested in the effect of boundary layer decoupling on the net sensible heat flux into the snow. We therefore applied local eddy flux measurements over snow patches at three different heights above the snow surface. We identified wind velocity, turbulence intensity, fetch distance and topographical curvature as the main factors driving the boundary layer depth and the efficiency of advective heat transport to contribute to snow ablation. The atmospheric decoupling is thus shown to be a key mechanism in snow patch survival. 相似文献
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The paper adopts an f-plane quasi-geostrophic inertial model without linearization to investigate the perturbation temperature, boundary jet and upwelling (downwelling) in an idealized rectangular basin, under the consideration of west side friction layer and heat conservation. There is net heat input on the upper surface and equal quality heat dissipation on the west boundary, and without heat exchange on other boundaries, then the heat is conservation in the whole basin. Results show that there is thermal front due to denseness of the perturbation temperature in the west side boundary, the perturbation pressure and flow field are reversal on the upper layer and bottom layer. On the bottom layer, the west coastal current is northward, and the maximum perturbation pressure center is on the west, however, on the upper layer, the east coastal current is southward, and the maximum perturbation pressure center is on the east. There is strong vertical flow in narrow western boundary layer, and also in the central zone. The effect of different upper thermal forcings is also studied, and it can be concluded that there is always temperature denseness and boundary jet near the west boundary, and the appearance of flow field reversal, but the distribution of vertical flow is rather different. 相似文献
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本研究将边界层相似理论与对流理论应用到具有海洋大气边界层(Marine Atmospheric Boundary Layer, MABL)对流特征的星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)遥感图像,探讨了星载SAR遥感图像描述海气应力作用下水平扰动尺度变化的潜在可能性.针对具有三维对流涡旋Cell和二维水平滚轴涡旋Roll特征的星载SAR遥感图像,反演了中国海海域MABL高度,并与同步实验获取的MABL高度结果进行对比.结果表明,利用具有对流特征的星载SAR遥感图像反演MABL高度是可行的,展示了以高分辨率、大面积观测为特点的星载SAR遥感图像探测MABL的广阔前景. 相似文献
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大量近地层观测试验表明,利用涡动相关法观测的湍流通量小于近地层可利用能量,即近地层能量是不闭合的,这种不闭合度一般为20%甚至更高.而陆面过程模式是基于地气间能量平衡建立,并且模式中的湍流边界层参数化方案通常根据实际观测的湍流通量来确定,因此能量不闭合必将对陆面过程模式造成一定的影响.本文利用2007年春季SACOL站的近地层观测资料,依据能量守恒将能量不闭合中的残余能量通过波文比分配到观测的湍流通量中,即修正涡动相关法观测的湍流通量使得近地层能量达到平衡;之后分别利用观测和修正的湍流通量,建立了能量不闭合和闭合情形下的湍流参数化方案,借助陆面过程模式SHAW,通过数值模拟和对比分析方法考察近地层能量闭合度对陆面过程模式的影响.研究结果表明近地层能量闭合对陆面过程模式有显著的影响:在陆面过程数值模拟中,当应用近地层能量不闭合的湍流通量形成的湍流参数化方案时,陆面过程模式会明显高估地表长波辐射及土壤温度;但当应用修正湍流通量使得近地层能量达到闭合形成的湍流参数化方案后,在不改变任何地表土壤物理生化属性的情况下,陆面过程模式能较好地模拟地表长波辐射和土壤温度. 相似文献
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N. M. Gavrilov A. V. Koval A. I. Pogoreltsev E. N. Savenkova 《Geomagnetism and Aeronomy》2014,54(3):381-387
The authors’ parameterization of the dynamic and thermal action of stationary orographic waves generated by the Earth’s surface relief is included into the model of general circulation of the middle and upper atmosphere. Numerical simulation of the general circulation in the troposphere and stratosphere was performed and the influence of stationary orographic waves propagating upward from the Earth’s surface on the meridional and vertical velocity was studied. It is shown that the allowance for the dynamic and thermal action of these waves in the numerical model leads to changes by up to 20–30% in the meridional circulation and ozone fluxes associated with it at heights of the ozone layer maximum. 相似文献