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沙尘暴垂直输运的两相流理论Ⅰ:气块模式 总被引：1，自引：1，他引：0
沙尘暴是风蚀荒漠化中的一种天气现象,其形成受到两方面因素的共同影响:(1)自然因素,包括大风、降水减少及沙源;(2)人类活动因素,人类活动因素是指人类在发展经济过程中对植被的破坏以后,导致沙尘暴爆发频率数增加.沙尘暴已经成为中国西北、华北地区严重的气候灾害,而对沙尘的研究主要集中在起沙问题与沙尘沉降的问题,在理论上对前者研究较多,而对后者的研究则比较缺乏.假设空气块中带有沙尘,沙尘颗粒很小,随空气一起运动,可不计沙尘Stockes末速度,这样由空气和沙尘组成两相流.在两相流情况下,分析了均匀环境和非均匀环境条件下沙尘沉降的条件和速率.通过分析得到在均匀背景场下有利于沙尘沉降的条件为大的初始沙尘浓度扰动与小的初始温度扰动.进一步考虑更为真实的环境场,模式给出3种特征沉降区域:(1)速降区,沉降速率较快;(2)缓降区,沙尘先上升后下降,沉降时间较长;(3)波动区,沙尘在空气中不断地上下波动,此时很难判断沙尘何时沉降,取决于地面状况.同时也分析了沙尘不断上扬的背景条件. 相似文献
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对流冷池对黑风暴沙尘抬升和传输影响的大涡模拟研究 总被引：2，自引：0，他引：2
利用"西北干旱区陆-气相互作用野外观测实验"加密观测期间敦煌站的温度探空廓线作为大涡模式的初始场,通过在模式中设置冷源的方法,模拟研究对流冷池中的湍流结构特征,以及冷池头部和尾部的湍流对沙尘抬升和垂直传输的影响;进一步通过改变冷源冷却率和冷源半径大小的敏感性试验,探究冷源强度和尺度变化对对流冷池内湍流结构、冷池移动速度和沙尘抬升效率等特征的影响。研究表明:(1)模式模拟的对流冷池结构特征与观测结果较为一致,冷池的头部为较大的湍流涡旋,尾部是受头部下沉气流的阻挡和风切变共同作用形成的湍流涡旋,强度和尺度较小,且距离头部越远,尾部湍流强度也越弱。(2)冷池头部涡旋引起的沙尘抬升潜势较尾部的大,冷池密度流抬升的沙尘大部分在冷池内混合,仅少部分扩散到冷池外,头部的沙尘绝对浓度约是尾部的两倍。(3)增大模式冷源冷却率和冷源尺度,冷池密度流强度增强,头部涡旋移动速度增大,产生的沙尘抬升潜势也增大,沙尘可被冷池内增强的湍流涡旋传输到较高的高度,但由于冷池与环境大气的夹卷作用也增强,冷池消散也较快。 相似文献
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西北地区一次沙尘天气的数值诊断分析 总被引：1，自引：0，他引：1
利用实况资料和WRF模式预报场.对2006年4月9～11日西北地区一次大范围沙尘天气进行动力诊断及数值模拟分析.结果表明;此次过程属于蒙古冷槽型,地面强冷空气的爆发直接导致了沙尘天气的发生,沙尘发生在冷锋后及锋面过境时;高空急流的发展、移动对沙尘天气有预示作用;沙尘发生区次级环流在过程发展中有明显变化,下沉气流和上升气流并存;有利的散度场促进了上升及下沉运动的加强;涡度场的变化影响蒙古气旋,对沙尘天气的发生发展有指示意义;稳定的大气层结和近地层较大的垂直风切变是两个特征;WRF模式对此次沙尘天气有较好的模拟能力. 相似文献
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本文基于海陆风环流的形成机制,在研究分析海陆风环流形成的物理模型基础上,建立了海陆风环流的数学模型。根据此基础,以大连地区海陆风环流为计算实例,模拟了海陆风形成的压力场、速度场、温度场和湍流动能场的日变化及太阳辐射日变化的过程地面的能量变化及导致的湍流动能的变化,预测出海陆风环流的水平湍流扩散系数和动量、温度和湍流动能的垂直湍流扩散系数,为求解海陆风中的污染物扩散浓度以进行环境污染损失评价提供参考。应用此模型,对大连地区的海陆风环流进行了数值模拟,定性与定量地给出了海陆风场中的速度、压力、温度及湍流动能分布情况和主要参数值。结果表明,海陆风环流的大气压力场局地日变化较小,温度场变化较明显。在中午前后,动量、温度和湍流动能的垂直扩散系数达到了最大值。模拟结果与其他文献模拟结果的对比表明,本文建立的模型模拟与实验的结果相符,但预测精度仍需要进一步检验。 相似文献
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本文用转盘实验的方法,研究了均质正压流体运动中扰动与基本带状环流的非线性相互作用。着重考察了两类典型初始扰动场——即迭加在基流上的槽状扰动和多闭合涡旋中心扰动结构的演变过程。发现:非线性相互作用过程是以波动形式表现的。两类初始扰动场各自经历不同的演变过程,并趋向于不同的平衡态。槽状扰动结构有利于基流对扰动动能的吸收,流场最终趋向于轴对称带状环流状态,而且纬向波数越大,吸收过程越明显。多闭合涡心结构不利于基流对扰动动能的吸收。基流与扰动在动能随时间的变化上表现出准周期性振荡。实验结果与旋转适应过程理论有很好的一致性。 相似文献
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2010年春季北京地区强沙尘暴过程的微气象学特征 总被引：3，自引：1，他引：2
利用北京大学校园地区PM10质量浓度观测资料、中国科学院大气物理研究所325m气象塔气象要素梯度和湍流观测资料,分析了北京地区2010年3月20～22日两次强沙尘暴过程微气象学要素和沙尘参量的时空演变以及湍流输送特征,为理解北京地区强沙尘暴天气沙尘输送规律和微气象学特征提供参考。结果表明:3月20～22日强沙尘暴过程前后不同高度温度先升后降,气压和相对湿度则相反。强沙尘暴来临时,高层风速先迅速增大,低层风速增加略有滞后,风切变明显加强,PM10浓度最大值和风速极大值出现时间较吻合。强沙尘暴过境时,不同高度向下的湍流动量输送、向上的湍流热量输送和湍流动能明显加强。与3月21日非沙尘暴日相比,强沙尘暴过程湍流动量通量增加,有利于沙尘粒子的水平和垂直输送过程;由于冷锋过境,水平热通量增大;垂直热通量因白天温度垂直梯度减小而减小,夜间因逆温层被破坏而增加;水平湍流动能对湍流动能占主要贡献,垂直湍流动能仅占水平湍流动能的10%～25%。 相似文献
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沙尘天气过程沙地下垫面沙尘通量的获取与分析研究 总被引：9，自引：0，他引：9
利用浑善达克沙地地区2004年春季沙尘暴和微气象学加强观测实验资料,计算了浑善达克沙地地区不同沙尘天气条件下湍流交换系数、湍流动量通量和感热通量、沙尘浓度通量;研究了沙尘暴过程中湍流作用、沙尘输送特征及起沙条件。结果显示:浑善达克沙地地区非沙尘天气白天近地层热力湍流作用强于动力湍流,湍流交换以感热交换为主;沙尘天气过程中,近地面层湍流动力作用明显增加,湍流动量和感热交换都对湍流输送有主要贡献,感热通量数值有不同程度的降低。较强沙尘暴天气过程中动力湍流强于热力湍流。随着沙尘天气经历起沙、平衡、沉降的演变过程,沙尘通量数值呈现由正值为主,过渡到向上和向下数值相当、向下数值比例增加。非沙尘天气、扬沙天气和沙尘暴天气过程的沙尘通量值范围分别是±5μg/(m2.s)、±30μg/(m2.s)和-200—300μg/(m2.s)之间。浑善达克沙地地区,非沙尘天气也存在一定量的沙尘输送,但数值较小。浑善达克沙地地区沙尘通量与摩擦速度的三次方成正比,为F=Cu3*。临界起沙风速和临界摩擦速度分别约为6m/s和0.4m/s。 相似文献
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飑线天气现象是航空气象中危险和复杂的天气现象之一,2018年大理机场出现两次飑线天气过程,利用风廓线雷达资料和航空气象地面观测资料,分析两次飑线天气过程的风垂直变化特征。结果表明:(1)在飑线天气过程开始前2～4 h,从底层到高层均出现明显的上升运动,飑现象开始前后,上升运动和下沉运动同时存在,为大气中垂直热交换过程提供了有利条件;(2)飑线天气过程存在垂直风的水平切变及垂直切变,反映了强烈的对流发展,发展到离地高度5000 m以上;(3)飑线天气过程存在径向速度突变增大、谱宽变宽和单波束径向速度折叠现象,说明本场出现的是风雨交加的强对流天气;(4)高空到地面存在湍流运动,能量交换频繁,气流紊乱。 相似文献
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利用WRF模式对2018年11月30日伊犁河谷和天山北坡强降雪过程进行数值模拟,并分析复杂地形强降雪过程垂直速度和垂直动能变化机制。研究表明,冷锋过境造成地表气压升高,干空气气柱质量增大,从而导致垂直气压梯度力和干空气气柱浮力发生变化,进而引起垂直运动发生发展。垂直速度局地时间变化主要取决于扰动垂直气压梯度力、水物质拖曳力和扰动干空气浮力。在天山北坡,气流过山时,迎风坡的扰动垂直气压梯度力较大,扰动干空气浮力较小,二者合力促进上升运动;在背风坡,扰动垂直气压梯度力和扰动空气浮力形成向下的合力,产生下沉加速度,导致背风坡下沉大风。扰动垂直气压梯度力做功和扰动干空气浮力做功情况基本相反,背风坡扰动垂直气压梯度力和综合强迫做功项抑制垂直动能,扰动干空气浮力和水物质拖曳力做功项增强垂直动能。此外,扰动垂直气压梯度力和扰动干空气浮力做功项主要出现在中低层,水物质拖曳力做功项主要位于低层,平缓地形处的综合强迫做功明显小于地形复杂处。 相似文献
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层状云中非垂直多条撒播线源催化剂扩散的数值模拟 总被引：13，自引：2，他引：11
首先建立了一个模拟层状云中催化剂扩散的三维时变烟团轨迹模式。该模式能够模拟层状云中多条（与风向）非垂直撒播线源的催化剂扩散特征。在模式中,详细考虑了地形、垂直风切变对催化剂扩散的影响以及催化剂播散参数的时空变化和催化剂的湿清除效应以更接近于实际过程。其次建立了一个细网格三维非静力中－β尺度动力学预报模式,用于模拟大气流场和湍流场,以其作为烟团轨迹模式的背景场。最后根据１９９６年３月３１日０８时实测常规气象资料和１４时飞机实际播撒参数,对陕西省关中地区飞机人工增雨作业中的催化剂扩散进行了数值模拟,对不同的大气层结和扩散参数做了敏感性试验分析。模拟结果表明：（１）在非均匀、非定常及非垂直直线源情况下,层状云中催化剂扩散的浓度等值线空间分布较复杂,不满足高斯分布。（２）催化剂的扩散与湍流扩散系数、风场分布相对应,水平扩散范围大于垂直扩散范围。（３）不稳定层结有利于催化剂扩散和多条线源的合并,扩散系数越大,扩散范围越大,线源间合并越早,撒播的线源间距可以大些。（４）陡峭地形对低层风场和湍流场影响较大。 相似文献
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通过一个二维非线性斜压Eady波模式,讨论了斜压系统中初始扰动快速发展的动力学机制.由于斜压切变气流存在,其对扰动位涡的平流作用可引起初始扰动位涡的"位涡非屏蔽"(potential vorticity unshielding),导致线性系统初始扰动的快速增长.摩擦作用主要通过耗散局地扰动位涡,改变扰动位涡异常结构,特别是水平方向的位涡异常分布,从而减弱初始扰动位涡的"位涡非屏蔽"作用,抑制系统初始扰动动能的快速增长.非线性作用可以抑制较大振幅扰动的增长,同时引起扰动位涡异常丰富的垂直结构产生,导致初始扰动位涡的"位涡非屏蔽"的减弱,从而抑制初始扰动的快速增长.不同的初始扰动结构,可以产生不同的扰动位涡异常结构,相应存在不同的"位涡非屏蔽"作用,导致初始扰动的快速增长过程不同.位涡异常水平结构为"正负正"或"负正负"分布时,有利于初始扰动的快速增长,而上下层异号的扰动位涡异常在垂直方向间隔的距离越大,越有利于初始扰动的快速发展,这些结果进一步深化了对"位涡非屏蔽"的理解. 相似文献
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基于WRF/Chem数值模式,以CO为示踪物分解水平输送、湍流混合和垂直运动对近地面大气污染的影响,研究2014-2017年天津地区重污染天气成因。研究表明:基于上述方法可实现重污染天气水平输送、湍流混合和垂直运动影响的定量描述,完成重污染天气成因数值归因分析。如2017年1月26日的重污染天气湍流混合能力下降是其重要的影响因素,2017年2月12日重污染天气混合层厚度下降对其影响显著,2017年2月16日重污染天气水平输送对其有重要影响,2015年12月21日重污染天气是下沉气流、湍流混合能力下降和混合层降低共同导致。在分析中,可通过湍流混合导致地面CO质量浓度每小时下降速率小于40%,垂直运动使得CO质量浓度每小时上升速率大于等于1. 4%,混层层厚度小于250 m,水平扩散导致地面CO质量浓度上升等指标表征气象条件易于重污染天气形成。2014-2017年99次重污染天气符合上述条件之一或者多个条件,覆盖所有重污染过程的85%,即使未满足上述条件,99%的过程也可以通过重污染天气成因分析标准予以解析。分析显示2014-2017年天津116次重污染过程,58%的过程由两个或者三个气象因素共同影响所致,且影响因素与天气类型密切相关,如高压后部型与水平输送、北部弱高压型与下沉运动影响等。相比水平输送和湍流混合能力下降,下沉运动带来的近地面大气污染物质量浓度上升往往会被忽略,但在部分过程中,下沉运动也会导致近地面质量浓度快速增加,成为重污染天气形成的重要影响因素,如2014年1月10-11日。湍流扩散系数KZ和湍流混合导致地面CO质量浓度每小时下降速率β与近地面PM2. 5质量浓度呈现较好的幂指数关系,其相关系数分别为0. 57和0. 73,可以在重污染成因分析和预报中发挥积极作用。 相似文献
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针对四川盆地大气污染及其成因的特殊性,本文使用四川盆地18个城市的大气污染监测和气象观测数据以及NCEP1°×1再分析资料,对2017年12月19日～2018年1月3日四川盆地由当地过量排放和外来沙尘输送双重影响的区域性大气污染过程进行分析。结果表明：2017年12月19～28日四川盆地环流场配置不利大气污染物扩散,垂直温度层结稳定,在当地污染源持续排放下污染物浓度缓慢上升,此阶段为静稳型大气污染。之后29日冷空气过程打破前期不利污染物扩散的环流场及垂直温度层结,导致气态污染物下降明显,但伴随冷空气活动的外来沙尘使PM10浓度迅速增大,使四川盆地部分城市出现沙尘型重污染;特别是广元地区受沙尘直接影响最严重,PM10浓度是原来的4.5倍;成都市虽没有通过沙尘天气的表观判断,但对颗粒物离子浓度和化学组分都有显著影响;因此,当时PM10和CO浓度24h比值变化受沙尘输送和天气条件共同影响,在不同时段和地区都存在明显差异,初步揭示出由静稳型大气污染向沙尘型污染转换阶段的内在变化特征,具有重要科学价值。 相似文献
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2009年“莫拉克”台风登陆过程阵风特征分析 总被引：3，自引：2，他引：1
利用上海台风研究所移动观测车获取的“莫拉克”台风登陆过程中超声风、温等观测资料对地面阵风特性进行了诊断分析.结果表明,在风速时间序列中叠加有周期为3-7 min的阵风扰动,显现出明显的相干结构,即沿顺风方向阵风风速峰期有下沉运动,谷期有上升运动;阵风扰动的各向异性特征明显,沿顺风方向的阵风扰动能量最大,其次是沿侧向和垂直方向的扰动能量;沿顺风方向的阵风垂直动量通量向下传播,而沿侧风方向阵风扰动动量垂直通量总体贡献接近于0.阵风扰动沿顺风方向的积分空间尺度和时间尺度最大,沿侧风方向和垂直方向其次,均明显大于湍流的积分空间和时间尺度.此外,阵风扰动的其他特征还包括:感热垂直通量极小;当平均风速较大时阵风风向变化幅度较小,而风速较小时阵风风向变化幅度则较大;动力学分析表明,阵风扰动主要表现出重力内波的一些特性. 相似文献
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沙尘辐射效应对天气和沙尘输送影响的数值模拟 总被引：5，自引：1，他引：4
现有的沙尘气溶胶数值预报模式大多是单向模式, 即只考虑气象场对沙尘气溶胶的输送作用, 而忽略沙尘气溶胶的辐射效应对气象场的反馈作用。本文利用一个考虑了沙尘气溶胶短波辐射效应的天气－沙尘双向模式, 对南疆盆地一次冷空气东侵而引起的沙尘天气进行数值模拟。通过比较考虑与不考虑辐射效应的两组试验, 分析了在沙尘暴－强浮尘过程中沙尘辐射效应对气象要素和沙尘输送的影响, 结果表明: 沙尘辐射效应的考虑明显改进后期强浮尘天气过程中海平面气压变化、地面气温日变化和气温垂直变化的预报; 前期沙尘暴过程沙尘辐射效应引起中低层主导风增大, 但同时使起沙量降低及沉降量减少; 沙尘辐射效应与地形的共同作用使沙尘的沉降量比起沙量减少的更显著, 从而使盆地内浮尘天气维持。 相似文献
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2017年5月3—4日京津冀地区出现了一次持续较长时间的浮尘天气,给京津冀地区的生产和生活带来了较大的影响。从气象条件方面分析了浮尘天气的成因及维持机制,并使用气象、环境观测、激光雷达探测、后向轨迹模式产品等分析了此次浮尘天气的观测事实。结果表明,此次过程是在蒙古气旋强烈发展东移的过程中,经过蒙古国中部、甘肃、内蒙中西部的沙源地后形成扬沙、沙尘暴,大量的沙尘粒子随高空偏西西北气流漂至京津冀上空后沉降而形成的,本地沙源没有补充。激光雷达可以清晰地监测到沙尘的传输高度基本在2～4 km。浮尘天气期间,沙尘高度在2 km以下。浮尘维持30 h以上的原因:(1)高空受东、西两槽间的纬向环流控制,地面处于鞍型场,风速小,不利于沙尘粒子的扩散;(2)边界层内湍流活动旺盛,且中低层基本是中性层结状态,沙尘粒子不易沉降。 相似文献
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沙尘传输路径上气溶胶浓度与干沉降通量的粒径分布特征 总被引：1，自引：0，他引：1
利用2002年春季中国北京、青岛和日本福冈3个地区的分级气溶胶浓度资料,结合改进的Wil-liams模型,分析了沙尘传输路径上空气动力学直径≤11μm气溶胶(PM11)浓度和干沉降通量的粒径分布特征,并估算了黄海海域春季PM11的干沉降通量及不同粒径气溶胶的贡献。结果表明:3个地区PM11浓度粒径分布在非沙尘时期呈双峰分布,两个峰值分别出现在细颗粒(<2.1μm)部分和粗颗粒(2.1～11μm)部分;沙尘时期,3个地区PM11浓度粒径分布均趋于单峰分布,峰值位于粗颗粒部分,并且越靠近沙尘源地,这种趋势越明显。较强沙尘天气时期,粗颗粒部分的浓度峰值粒径从沙尘源地附近到黄海西岸、东岸呈降低趋势,但在一般沙尘天气时期,这种现象并不明显。沙尘时期和非沙尘时期,3个地区粗颗粒的干沉降通量均随粒径增加而增大,细颗粒的干沉降通量随粒径的变化不明显。虽然沙尘时期粗颗粒沉降通量较非沙尘时期有明显增加,但粗颗粒对PM11干沉降通量的贡献与非沙尘时期相比,并没有明显的变化。较强沙尘天气时期,3个地区粗颗粒的干沉降通量明显高于一般沙尘天气时期;细颗粒的干沉降通量较一般沙尘天气时期略有增加。黄海海域春季沙尘时期PM11的干沉降通量约为31.70～58.59mg.m-2.d-1,非沙尘时期约为8.33～15.94mg.m-2.d-1。粗颗粒是黄海海域春季PM11干沉降通量的主要贡献者,约占PM11干沉降通量的94.2%以上。 相似文献
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对流层物质垂直交换模式中的参数化处理 总被引：4，自引：0，他引：4
为了研究对流层(TL)中垂直涡旋扩散系数(K_z)随高度变化的参数化形式对物质垂直交换的贡献,用“高分辨TL物质交换模式”(EM3)对5种不同K_z型进行了数值对比模拟,结果表明:KK_z型较好地描述了行星边界层(PBL)内受下垫面影响的高频湍流和PBL以上TL由各种动力学和热力学过程产生的切变湍流;垂直运动和K_z对PBL下层的物质输送到TL上层和从源高度向下输送到PBL低层两者均有重要作用;垂直运动的作用具有间隙性,而K_z是连续的. 相似文献
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设计了一个宜于研究深厚湿倾斜对流运动的二维非弹性非静力平衡数值模式.模式采用非静力平衡条件、非常值湍流扩散系数,并具有最优协调分辨率,弥补了以往条件性对称不稳定数值研究中的诸多缺陷.数值试验表明:模式运行稳定可信且对深厚湿倾斜对流运动有较强的描述能力.在条件性对称不稳定条件下,扰动发展呈现为强倾斜环流特征,垂直速度场有狭窄的强倾斜上升运动,与倾斜上升运动相伴有倾斜云带发展.诊断分析表明:在扰动发展演化过程中,条件性对称不稳定演化为一种混合不稳定的形式存在. 相似文献