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春季我国东部海洋温度锋区对大气的强迫作用及其机制研究 总被引：6，自引：3，他引：3
首先, 采用高分辨率的卫星资料研究了春季我国东部海区海洋锋区附近的海温与风场之间的关系, 资料分析表明海温与海表面风速之间存在明显的正相关关系, 特别是在海洋锋强的年份, 这种正相关关系更明显。资料分析还表明春季是黄海、 东海海洋锋最强的季节, 海温与海表面风速的对应关系在春季尤为明显。然后, 采用一个高分辨率和先进物理方案的中尺度模式探讨了海洋影响大气的机制。控制试验再现了海洋锋区附近海温与海表面风速之间的正相关关系。模拟的边界层垂直结构说明海温能够明显改变锋区两侧边界层大气的稳定度和垂直混合的强弱, 证明了垂直混合机制的存在。而另一方面, 对控制试验和平滑海温试验的水平动量方程中各收支项的比较分析发现, 由于海洋锋的存在而产生的气压梯度力对穿越锋区的空气的加速也有相当重要的贡献。综合观测和模拟结果说明春季我国东部海区海洋温度锋区的海洋—大气相互作用过程中海洋对大气的影响非常明显, 在海洋影响大气的机理方面, 海平面气压调整机制和垂直混合机制都在起作用。 相似文献
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高原东南缘大气近地层湍能特征与边界层动力、热力结构相关特征 总被引：3，自引：2，他引：1
基于云南省大理2008年3、5、7月GPS加密探空试验时段(14和02时)资料,结合边界层铁塔综合观测资料,采用温度梯度法、逆温强度法和涡动相关法分别计算高原东南缘对流边界层(convective boundary layer,CBL)及稳定边界层(stable boundary layer,SBL)顶高度,通过计算获取感热通量、潜热通量、湍流动能、切变项以及浮力项与大气动力、热力过程垂直相关特征综合分析,可发现湍能方程中浮力项、感热、潜热通量与NCEP再分析资料计算获取的大气视热源相关特征显著,这某种程度反映了高原东南缘近地层大气湍流动量、热量输送对低层大气视热源Q_1的重要贡献。低层视热源Q_1亦表现出与湍能方程分量类似的日变化周期,此特征反映了高原东南缘大气热源变化与下垫面水热过程及其湍流输送日变化密切相关;浮力项与湍能等项对大气低层热源与涡动特征、热力混合结构的形成有重要作用;低层大气视热源、水汽汇均与边界层高度有显著相关,综合分析结果某种程度描述了青藏高原东南缘近地层湍流动量、热量输送状况与低层大气热源,热力混合边界层结构的综合相关物理图像,初步探索了高原东南缘对流活跃区大气湍流运动与大气动力、热力过程相互作用特征。研究表明近地层湍流通量变化某种程度可反映未来局地大气视热源垂直结构变化的"强信号"特征。本文上述研究结论也可启发我们进一步关注近地层湍流通量异常变化特征及其对局地降水过程大气热源结构演变的影响问题。 相似文献
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从湍流经典理论到大气湍流非平衡态热力学理论 总被引：2，自引：0，他引：2
湍流是日常生活中一种普遍的自然现象,也是经典物理学仍未完全解决的难题。湍流更是大气运动的最基本特征。本文系统地回顾了大气湍流经典理论发展简史,进一步详细介绍了大气湍流非平衡态热力学理论。大气湍流非平衡态热力学理论在熵平衡方程中引入动力过程,进而统一推导出大气湍流输送的Fourier定律、Flick定律和Newton定律,证明了Dufour效应、Soret效应、可逆动力过程与热力不可逆湍流输送过程之间的交叉耦合效应,以及湍流强度定理。这些定律和定理中得到了观测的事实验证,同时它们的唯象系数也由观测资料所确定。湍流强度定理揭示,湍流发展的宏观原因是速度和温度的剪切效应,Reynolds湍流和Rayleigh-Bénard湍流共存于大气湍流中。热力过程和动力过程间耦合效应现象的发现突破了传统湍流输送理论,即Fourier定律、Flick定律和Newton定律的观点——一个宏观量的输送通量等价于这个宏观量的梯度湍流输送通量。热力和动力过程间的耦合原理认为,一个宏观量的输送通量包括这个量的梯度湍流输送通量和速度耦合输送通量两部分。因此,能量和物质的垂直输送通量除了相应物理量梯度造成的湍流输送外,还应包括垂直速度耦合效应,即辐散或辐合运动造成的耦合效应。在一个很宽的尺度范围内,地表面的空间特征是非均匀的。下垫面非均匀性造成的对流运动将引起大气的辐散或辐合运动。这可能是导致地表能量收支不平衡的重要原因之一。垂直速度对垂直湍流输送的交叉耦合效应为非均匀下垫面大气边界层理论的发展,并为克服地表能量收支不平衡问题及非均匀下垫面大气边界层参数化遇到的困难提供了可能的线索。 相似文献
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结合毫米波雷达提取降水条件下风廓线雷达大气垂直速度的研究 总被引：1，自引：0，他引：1
风廓线雷达主要是利用大气湍流对电磁波的散射作用,在晴空条件下对大气风场等进行探测。在降水天气下,风廓线雷达能同时接收到大气湍流回波和雨滴的散射回波信号,其探测到的回波功率谱中降水信号谱和大气湍流信号谱叠加在一起,使得大气的运动被雨滴的运动信息所掩盖,给后续的大气风场反演带来误差。而毫米波云雷达在降水天气下仅能探测到云雨粒子的回波而无法探测到大气湍流回波,基于这一差异结合毫米波云雷达资料对风廓线雷达功率谱数据进行订正,剔除其中的降水回波信息,进而获取正确的大气运动垂直速度。通过一次典型弱降水天气过程的雷达资料对该方法进行了可行性验证,并将计算得出的大气垂直速度与传统双峰法提取的大气运动垂直速度及原始风廓线雷达垂直速度进行了对比分析,显示在弱降水天气下该方法能有效消除降水对风廓线雷达垂直速度测量的影响,提高弱降水天气下测速准确率,并且在湍流谱极其微弱的情况下该方法也能准确地获取到大气运动垂直速度信息。但是云雷达回波在降水时会有衰减,虽然是弱降水也会导致在高层距离库上的订正效果变差,故目前只适用于弱降水时低距库处的降水订正。 相似文献
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华北地区平流雾过程湍流输送及演变特征 总被引：5，自引：2，他引：3
利用2006年2月在天津市南部地区开展的大气湍流观测资料, 分析了平流雾生消过程中湍流输送及演变特征。结果表明: 平流雾生消过程中, 大气稳定度参数数值主要集中在弱不稳定到弱稳定范围内, 且多呈现弱不稳定状态。雾前, 大气呈弱不稳定状态, 热量的垂直和水平输送短时加强, 且水平输送较垂直输送更显著; 雾生成初期, 大气呈弱稳定层结, 湍流动量和热量的垂直及水平输送均很弱; 雾中, 大气多呈弱不稳定状态, 稳定度参数、 动量、 热量及水平与垂直热通量之比值随时间均呈多峰形振荡, 随着雾的消散, 大气由弱不稳定逐渐演变为稳定状态; 雾后, 低层大气再次呈现弱不稳定层结特征, 动量和热量输送呈单峰形日变化特征。平流雾生消过程中, 热量的水平输送随不稳定度增强而迅速减小; 大气呈稳定层结时, 热量的水平输送显著大于垂直输送, 其比值约为2。同时, 摩擦速度、 水平与垂直热通量之比值呈多峰形振荡, 振幅分别可达1.2 m/s及50。 相似文献
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本文利用一维光化学模式，以二甲硫醚(Dimethyl Sulfide，简称DMS) 为源模拟了西太平洋对流层的硫化物循环。DMS海-气通量由“stagnant-film”模式进行计算。尽管海洋大气中OCS浓度比DMS大一个量级，但它对SO2的贡献很小，DMS仍是海洋大气中SO2的主要源。在大气垂直湍流输送过程中，DMS白天与OH反应，夜间与NO3反应被氧化成SO2，SO2大部分通过非均相转化形成H2SO4。模拟结果与PEM-WEST-A观测资料对比，取得了较好的一致性。 相似文献
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风垂直切变对中距离扩散特征的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
使用行星边界层(PBL)内垂直涡旋扩散系数K_z的湍流统计形式和埃克曼风廓线,对三维扩散方程作数值解,分析讨论了风速、风向的垂直切变对污染轨迹和水平扩散参数σ_y的影响,得到一包含民切变因子的污染轨迹和σ_y的表达式。计算结果表明,在影响中尺度扩散的因子中,风切变是—重要因子,尤其是中性到稳定大气一侧,风切变σ_y的影响已超过湍流本身的贡献,因此,它是一个最重要的因子。我们将本文的扩散型σ_y和考虑风向切变订正后的 Pasquill’s扩散型以及在9个不同地方收集到的野外实测资料作了比较,其结果表明,本模型比P氏模型更接近实际,在稳定大气一侧,P氏扩散型的风向切变订正过大。 相似文献
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用一个包括了湍流热交换、凝结、蒸发、辐射冷却、云量对辐射调节及海水上翻等各种物理过程在内的简单海-气耦合模式,进行了长期的数值积分。结果表明,热带海温异常通过热力过程影响大气的垂直环流,这种效应首先是局地的,以后这种影响会扩展到中纬度,而反过来,大气又对海洋产生动力影响,使海温发生变化。在只考虑上层海洋的情况下,试验表明在这一耦合系统中,存在着短期气候振荡,并且在赤道中太平洋和赤道东太平洋之间大尺度海表温度异常存在着落后相关。 相似文献
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从一维湍流能量平衡方程出发,回顾了近几十年湍流能量平衡方程中的各项以及Karman常数k的研究成果,总结了大气边界层湍流能量交换特征的研究概况和热点问题,并对今后发展趋势做了展望。实验研究表明,湍流能量平衡方程中的各项在不同条件下有不同的形式;传统的能量产生和耗散的局地平衡假设存在不足,特别是在不稳定条件下,垂直的湍流输运和压力脉动对湍流能量收支起了非常重要的作用。Karman常数与Rossby数和Reynolds数无关,在比较光滑的下垫面上k近似等于040±001。 相似文献
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利用0.25°×0.25°逐小时ERA5再分析数据、中国气象局地面观测资料和卫星遥感监测资料对2020年5月2-4日移入黄海的温带气旋引发大范围的海雾过程进行了分析,结果表明：（1）本次海雾主要发生在入海气旋的西侧和北侧,同时具有平流冷却雾和锋面雾的性质。（2）黄渤海雾发生期间气海温差在0.5～2.5℃,2 m高度露点温度略高于海温。（3）在气旋西侧和北侧都出现了雨转雾的现象,并且从青岛L波段雷达监测温度廓线显示在500 m和1500 m高度上出现“双逆温”。（4）气旋造成的湿空气辐合是本次海雾过程的重要水汽来源,降水的加湿和蒸发冷却效应同样使得近海面大气饱和度快速增长。（5）黄渤海大部海域感热通量和潜热通量均为负值,湍流热通量主要表现为大气向海洋输送,气旋造成的垂直风切变增强了大气机械湍流,使得大气和海洋进行充分的热量交换从而促进海雾在垂直方向发展。 相似文献
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将Gifford和Legg使用的拉氏动力学技巧从地面层延伸到行星边界层(PBL),讨论了平均风和湍流的垂直非均匀性以及大气稳定度对中尺度扩散特征的影响,得到了它们之间的解析表达式,理论结果与野外实测资料之间有较好的一致性.本文结果表明,经典的湍流统计理论不能直接用来研究中尺度范围的扩散,要合理地考虑动力学因子的影响. 相似文献
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海洋碳循环模式中常使用放射性同位素14C来检验该模式的物理模型是否较好地反映了海洋中的大尺度变化的过程。本工作使用的物理模型是包括太平洋、大西洋和南大洋在内的二维温盐环流模式，在给定的年平均海表强迫下积分4000年后，环流达到准稳态，其定常流场用来驱动14C模式。对14C模式积分5000年以上，可得到14C稳态的分布。使用不同的二氧化碳海气交换系数和垂直湍流扩散系数值进行了7个实验，发现使用Broecker等的交换系数方程和扩散系数值依深度从0.6增加到1.45 cm2/s，模拟的结果较好。使用观测到的大气中14C含量，进一步研究了工业革命后及核试验后的14C在海洋中的穿透，模拟结果与现有的一些资料进行了比较，总体上给出了合理的结果。 相似文献
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本文使用了一维非定常热力方程对夜间大气边界层热力结构进行了数值模拟.结果表明:(1)当天气形势变化平稳时,平坦地区夜间边界层热力结构的变化主要受到湍流与辐射传输作用的影响.(2)由于地-气之间热量传输的相互调整作用,使低层湍流变温率与地面温度变率之间表现为有相同周期的变化. 文中通过该模式的计算结果与复杂地形的实验资料的对比,研究了平流作用对温度垂直分布的影响. 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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为评估Monin-Obukhov相似理论和涡度相关系统在高标准农田的适用性,利用南通高标准农田水稻下垫面涡度相关观测数据,分析了大气稳定度、湍流方差相似性、湍流谱特征、湍流强度和湍流动能等。结果表明：该高标准稻田上方大气呈现白天不稳定、夜晚稳定的昼夜变化特征;Monin-Obukhov相似理论在该高标准农田适用,三维风速归一化标准差随大气稳定度的变化符合“1/3”次方规律,温度、比湿、CO2密度归一化标准差随大气稳定度的变化在大气不稳定时符合“1/3”次方规律;在惯性子区,三维风速的湍流能谱符合“-2/3”次方斜率,垂直风速与温度、湿度和CO2密度的协谱符合“-4/3”次方斜率,可见涡度相关系统能够观测该高标准农田的水热和CO2通量;三个方向上的湍流强度均随风速增大而减小,且水平方向湍流强度大于垂直方向;湍流动能随风速呈二次函数增大,呈现昼高夜低的日变化特征,大气中性时达到最大,且以动力湍流贡献为主。研究结果可为揭示华东地区高标准农田生态系统与大气之间的物质和能量交换特征以及机制提供参考。 相似文献