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相似文献
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1.
沙漠绿洲非均匀分布引起的中尺度通量的数值模拟   总被引:9,自引:2,他引:9       下载免费PDF全文
为了研究大气环流模式次网格中尺度通量的参数化问题,本文发展了一个Pielke中尺度边界层与陆面过程的耦合模式,陆面过程模式中包括一个简单植被水热传输模式及一个裸土沙漠模式。利用这一耦合模式,对黑河试验区中沙漠和绿洲这种典型的非均匀下垫面进行了模拟,20多个数值试验的模拟结果表明:(1)中尺度通量在特定的情况下具有和湍流通量相当的重要性,因此,大尺度模式中对中尺度通量的参数化是十分必要的。(2)对于中尺度通量的发展存在一个明显的最优尺度和最优块数,即当绿洲尺度为60 km,3块时,中尺度通量最大。而且当块数增加到一定数目时,可以忽略非均匀效应。(3)背景风速的增大可以使中尺度通量减小;粗糙度的试验说明非均匀块之间的热力差异的减小可使中尺度通量非线性地减小。  相似文献   

2.
2020年第7号台风“海高斯”在广东省造成大风、暴雨灾害,细致研究其多尺度能量分布及转化特征有助于更好地认识和防御类似的台风灾害。运用WRF模式对台风“海高斯”进行了数值模拟,使用Barnes滤波方法将模拟结果分离为大尺度背景场(> 2 000 km)、α中尺度系统(200~2 000 km)、β中小尺度系统(<200 km)等三个尺度分量,分别计算三个尺度动能、有效位能的分布及变化。结果表明:(1)台风“海高斯”活跃期内,大尺度背景场动能先增加后稳定,α中尺度动能先增加后减少,β中小尺度动能变化不明显。动能的主要来源是有效位能的转化及气压梯度力做功,主要去向是水平输送及跨尺度转化。三种尺度动能主要分布于对流层低层。(2)大尺度背景场有效位能有两次先增加后减少的过程,α中尺度和β中小尺度有效位能先增加后减少。有效位能的主要来源是非绝热加热,主要去向是转化为动能和水平输送及跨尺度转化。三种尺度有效位能主要分布于对流层高层。(3)台风“海高斯”能量转化区域主要为距台风中心200 km以内台风眼壁及中心密集云盖区域对流层上层、距台风中心200—700 km台风外围区域对流层上层、...  相似文献   

3.
王建捷  周斌  郭肖容 《气象学报》2005,63(4):405-417
使用20 km分辨率的MM5模式,分别选用KUO,GRELL,KAIN-FRITSCH和BETTS-MILLER(以下简称KU,GR,KF和BM)等4种不同对流参数化方案,对1996年8月3~4日石家庄特大暴雨过程作数值模拟试验,分析比较了4个不同试验中网格尺度(显式方案)和次网格尺度(对流参数化方案)凝结加热的水平、垂直分布和时变特征;研究探讨了凝结加热分布及差异对暴雨中尺度模拟结果的可能影响。分析显示,暴雨过程中,4个不同对流参数化方案试验所得到的次网格尺度凝结加热基本都呈单峰特征、加热峰值在对流层中层,但加热层厚度和强度在不同试验间存在差别;4个试验的网格尺度凝结加热的垂直范围表现出较好的一致性,加热重心位于对流层低层,但加热强度仍有所不同;GR和KF及BM试验的总凝结加热率的垂直分布特征主要受其网格尺度凝结加热率特征的影响、加热重心在对流层低层,而KU试验的总凝结加热率的垂直分布特征由其次网格尺度凝结加热率特征所决定、加热重心在对流层中层。研究表明,尽管4个试验在暴雨期间总凝结加热的垂直分布差异并不显著,但对暴雨中尺度模拟的影响却不能忽视。凝结加热的分布特征及演变直接影响与暴雨发生发展密切关联的物理量场的中尺度结构和演变;凝结加热对暴雨中尺度的影响具有连锁性,由加热差异波及局部环流细致结构和强度及其变化的差异,进而影响暴雨发生发展的细致特征。在20 km或更高一些分辨率的条件下,对于描述温带/中纬度暴雨的发展和结构,选用KF方案得到的模拟结果可能更具物理合理性;而KU方案模拟结果容易出现格点气柱的水汽和温度被过量调整的不合理情况。要得到一个可信的中尺度模拟结果,对降水模拟结果进行细化特征的验证、特别是随时间演变特征的验证分析是非常重要的,因为降水的细致演变特征与凝结加热及与之相联系的物理量场的中尺度演变特征密切关联。  相似文献   

4.
利用中尺度数值模式MM5,替换了模式第三重嵌套模拟域中金塔绿洲及周围地区与实际不符的植被类型,对2004年7月5日金塔绿洲效应进行了较为成功的模拟。模拟结果显示:白天绿洲是一冷源,这一现象可维持到3000m左右,临近地面沙漠绿洲温差最大,冷中心强度由低层向高层逐渐减弱;气压距平场低层为沙漠低,绿洲高,较高层则反之,转变发生在1300m。低层绿洲风盛行,随高度增加,辐散风渐弱;750hPa以上转为以背景风为主,存在向绿洲中心辐合的趋势;距平风场低层为辐散风,高层为辐合风,绿洲中部风速较小,越远离风场辐散(辐合)中心,风速越大;沙漠上为上升气流,绿洲基本上全为下沉运动所控制,但剖面图上显示绿洲上并不是只有一个闭合中心,且绿洲上、下沉运动的顶部高度也不一致,绿洲中心最低,两侧逐渐增高。最大下沉运动出现在绿洲边缘;绿洲低层分布着强度均匀的辐散区,而沙漠上则为零散辐合区,750hPa辐合区开始侵入绿洲,700hPa时绿洲基本为辐合区,绿洲边缘辐合最强,沙漠以辐散为主,分布少许辐合中心。比湿同湿位温具有相似特征,在一定高度以上,在下沉气流的作用和西风背景场的影响下等值线形成低槽形状,低槽中心从高层向低层、由西向东偏移。  相似文献   

5.
利用非均匀地表加热的大涡模拟试验,研究了不稳定条件下地表热力非均匀性对近地层相似理论适用性的影响。结果发现,边界层的平均廓线基本不受地表热力非均匀性的影响。进一步分析发现,较大尺度的地表非均匀加热可以激发出有组织的大尺度次级环流,冷暖斑块的通量直到边界层上部才混合均匀;而当地表非均匀尺度较小时,次级环流难以形成有组织的结构,冷暖斑块的通量很快就可以混合均匀。然而,不管是哪种尺度的非均匀地表,非均匀斑块间的平流都对各斑块近地层结构产生重要影响,进而斑块近地层通量—梯度关系与相似理论产生偏差,其中风速梯度关系的偏差更为明显。最后,对目前大气模式中常用的基于相似理论的次网格非均匀地表通量参数化方法——Mosaic方法提出了改进思路。  相似文献   

6.
末次冰期东亚区域气候变化的情景和机制研究   总被引:10,自引:0,他引:10  
钱云  钱永甫  张耀存 《大气科学》1998,22(3):283-293
用一嵌套在全球大气环流模式中的区域气候模式,通过数值试验和对内外因作用的机制分析,探讨了以末次冰期为背景的大尺度强迫引起的大气环流和区域内下垫面条件异常等中尺度强迫影响区域气候变化的过程和机制。大尺度强迫和区域内局地的中尺度强迫通过不同的热力和动力学过程影响大气运动状况和区域气候的变化。末次冰期大尺度强迫引起的全球大气环流背景的变化是形成冰期和现代区域气候差异的主要原因。  相似文献   

7.
大尺度环境中中尺度对流系统生成的数值模拟试验   总被引:1,自引:0,他引:1  
夏大庆  郑良杰 《大气科学》1987,11(2):185-194
对1983年6月11日20时(北京时)实测资料进行低通滤波处理,取其大尺度部分作为初值,用七层原始方程模式对江淮气旋内中尺度对流系统的生成过程进行数值模拟试验.结果表明,从大尺度背景场出发,可以模拟出中尺度对流系统的生成.在西南低空急流十分潮湿的情况下,中尺度对流系统可以在江淮气旋暖区、低空急流大风速中心的前部、位势稳定度倾向维持负值的地区生成和发展.它的动力、热力结构,降水分布,以及发生、发展过程等,都与暖季(3—9月)在美国中部频繁出现的中尺度对流复合体(MCC)十分相似.  相似文献   

8.
运用σ坐标系下一层二维中尺度原始方程模式对山东半岛地面中尺度辐合线、辐合区进行数值模拟。对1991年9月16日的个例分别进行了理想初始场--静止大气、强加热场和弱加热场的数值模拟,结果表明,在大尺度天气形势少变时,中尺度辐合线模拟效果较好。  相似文献   

9.
黑河地区绿洲一沙漠环流的数值模拟研究   总被引:6,自引:9,他引:6  
地气相互作用现象的研究对预测未来气候变化意义重大。黑河地区绿洲和沙漠戈壁地表间水热特性的强烈差异所引发的绿洲—沙漠中尺度环流 ,能够影响该区绿洲生态系统的维持和发展。利用中尺度数值模式RAMS成功地再现了黑河地区绿洲—沙漠环流 ,同时对环流出现时温、湿场的模拟分析表明 ,绿洲—沙漠环流的发生和发展直接依赖于非均匀下垫面热力场的差异 ,白天发展强盛 ,夜间作用小。环流作用能够保证绿洲—沙漠系统的物质和能量平衡 ,对沙漠戈壁环境中绿洲的维持十分重要  相似文献   

10.
1991 年江淮流域暴雨中不同尺度系统的相互作用   总被引:9,自引:0,他引:9       下载免费PDF全文
通过对1991年7月1~5日东亚地区网格点资料平滑滤波,将大气运动分解为大尺度背景场和中尺度扰动场。采用p坐标中湿大气动力学方程组,在两层模式中得到含有不同等压面、不同尺度系统非线性相互作用的方程组。经过简化,得到表征低层约700 hPa中尺度系统发展的物理量。低层系统的发展和衰减决定于该物理量的正负,也就是决定于200、500、700 hPa各等压面不同尺度的运动场、涡度场和温度场之间的相互作用。  相似文献   

11.
Oasis is a special geographic landscape among the vast desert/Gobi in Northwest China (NWC). The surface sensitive heat flux and latent heat flux at Zhangye Oasis during 1 to 11 August 1991 are simulated using the NCAR nonhydrostatic mesoscale model MM5 Version 3. The horizontal grid resolution is set as 1km. By comparing the simulation results with HEIFE observations, it is proved that the model can be used to simulate the surface energy and water mass exchange of arid and semiarid regions in NWC.Based on the above results, the influence of different oasis scales on the local atmospheric field near the ground surface, and the critical scale of oasis maintenance, in NWC are studied dynamically. The following conclusion is obtained: the local thermal circulation between the oasis and the desert/Gobi is formed in the oasis downstream if the oasis scale is larger than 4 km. This local thermal circulation between the oasis and the desert adjacent to the oasis helps to conserve water vapor over the oasis. At the sametime, it transfers the abundant water vapor from the oasis into the desert/Gobi near to the oasis to supply relatively plentiful water vapor for desert crops to grow on the fringe of the oasis. So, it is advantageous for oasis extension. However, if the scale of the oasis is smaller than 4 km, it is not easy for the local thermal circulation between the oasis and the desert/Gobi to take shape. This study provides a new standpoint for oasis maintenance and development.  相似文献   

12.
Although large-scale topography and land use have been properly considered in weather and climate models, the effect of mesoscale and microscale heterogeneous land use on convective boundary layer (CBL) has not been fully understood yet. In this study, the influence of semi-idealized strip-like patches of oases and deserts, which resemble irrigated land use in Northwest China, on the CBL characteristics, is investigated based on the Weather Research and Forecasting (WRF)-large eddy simulation (LES) driven by observed land surface data. The influences of soil water content in oases on aloft CBL flow structure, stability, turbulent kinetic energy (TKE), and vertical fluxes are carefully examined through a group of sensitivity experiments. The results show that secondary circulation (SC)/turbulent organized structures (TOS) is the strongest/weakest when soil water content in oases is close to saturation (e.g., when the oases are irrigated). With the decrease of soil water content in oases (i.e., after irrigation), SC (TOS) becomes weak (strong) in the lower and middle CBL, the flux induced by SC and TOS becomes small (large), which has a dramatic impact on point measurement of eddy covariance (EC) fluxes. The flux induced by SC and TOS has little influence on EC sensible heat flux, but great influence on EC latent heat flux. Under this circumstance, the area averaged heat flux cannot be represented by point measurement of flux by the EC method, especially just after irrigation in oases. Comparison of imbalance ratio (i.e., contribution of SC and TOS to the total flux) reveals that increased soil moisture in oases leads to a larger imbalance ratio as well as enhanced surface heterogeneity. Moreover, we found that the soil layer configuration at different depths has a negligible impact on the CBL flux properties.  相似文献   

13.
Although large-scale topography and land use have been properly considered in weather and climate models, the effect of mesoscale and microscale heterogeneous land use on convective boundary layer(CBL) has not been fully understood yet. In this study, the influence of semi-idealized strip-like patches of oases and deserts, which resemble irrigated land use in Northwest China, on the CBL characteristics, is investigated based on the Weather Research and Forecasting(WRF)-large eddy simulation(LES) driven by observed land surface data. The influences of soil water content in oases on aloft CBL flow structure, stability, turbulent kinetic energy(TKE), and vertical fluxes are carefully examined through a group of sensitivity experiments. The results show that secondary circulation(SC)/turbulent organized structures(TOS) is the strongest/weakest when soil water content in oases is close to saturation(e.g.,when the oases are irrigated). With the decrease of soil water content in oases(i.e., after irrigation), SC(TOS) becomes weak(strong) in the lower and middle CBL, the flux induced by SC and TOS becomes small(large), which has a dramatic impact on point measurement of eddy covariance(EC) fluxes. The flux induced by SC and TOS has little influence on EC sensible heat flux, but great influence on EC latent heat flux. Under this circumstance, the area averaged heat flux cannot be represented by point measurement of flux by the EC method, especially just after irrigation in oases. Comparison of imbalance ratio(i.e., contribution of SC and TOS to the total flux) reveals that increased soil moisture in oases leads to a larger imbalance ratio as well as enhanced surface heterogeneity. Moreover,we found that the soil layer configuration at different depths has a negligible impact on the CBL flux properties.  相似文献   

14.
Using land-use types derived from satellite remote sensing data collected by the EOS Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (EOS/MODIS), the mesoscale and turbulent fluxes generated by inhomogeneities of the underlying surface over the Jinta Oasis, northwestern China, were simulated using the Regional Atmospheric Modeling System (RAMS4.4). The results indicate that mesoscale circulation generated by land-surface inhomogeneities over the Jinta Oasis is more important than turbulence. Vertical heat fluxes and water vapor are transported to higher levels by mesoscale circulation. Mesoscale circulation also produces mesoscale synoptic systems and prevents water vapor over the oasis from running off. Mesoscale circulation transports moisture to higher atmospheric levels as the land-surface moisture over the oasis increases, favoring the formation of clouds, which sometimes leads to rainfall. Large-scale wind speed has a significant impact on mesoscale heat fluxes. During the active phase of mesoscale circulation, the stronger large-scale winds are associated with small mesoscale fluxes; however, background wind seems to intensify the turbulent sensible heat flux and turbulent latent heat flux. If the area of oasis is enlarged properly, mesoscale circulation will be able to transport moisture to higher levels, favoring the formation of rainfall in the oasis and protecting its "cold island" effect. The impact of irrigation on rainfall is important, and increasing irrigation across the oasis is necessary to protect the oasis.  相似文献   

15.
金塔绿洲小气候效应的数值模拟   总被引:6,自引:5,他引:1  
使用美国NCAR新版MM5V3.6非静力平衡模式,采用三重嵌套的降尺度方法,模拟研究了夏季金塔绿洲小气候效应特征。绿洲的存在改变了沙漠地区原有的环流结构和湿度分布;绿洲边界层低,沙漠边界层较高,绿洲较低的边界层结构实际上是一个保护层,使得绿洲大气中水分保存在较低边界层中,对绿洲生态系统的发展起到了保护作用;绿洲地区感热通量小,潜热通量大;沙漠地区感热通量大,潜热通量小。通过能量和水分的非均匀分布驱动了绿洲环流,使沙漠区域产生上升气流,绿洲区域产生下沉气流。  相似文献   

16.
Summary  High resolution aircraft observations made along flight tracks over inhomogeneous surface in the late wintertime boreal zone are described and compared to 2D mesoscale model simulations with surface properties defined at 2 km resolution from maps. All observations displayed the expected small-scale turbulence. On top of that, the near-surface wind speeds (but not directions) showed mesoscale variations related to local topography and roughness. Upward (but not downward) SW and LW radiative fluxes and ground temperature also displayed mesoscale variability; in SW radiation this was clearly due to local albedo changes. In the sensible heat flux there was strong horizontal variation near the surface in correlation with surface types. The above observed mesoscale along-track variations were reasonably well represented by the mesoscale model simulation. The track-averaged observed sensible and latent heat flux profiles were in rough agreement with a mixing length approach, which used the track-averaged wind, temperature and moisture profiles as input (mimicking a first-order turbulence closure scheme of a GCM). Received September 20, 1999 Revised January 21, 2000  相似文献   

17.
不同尺度绿洲环流和边界层特征的数值模拟   总被引:12,自引:11,他引:1  
使用美国NCAR新版MM5V3.4非静力平衡模式,通过三重嵌套,模拟研究了西北地区不同尺度绿洲环流及边界层特征,发现不同绿洲系统地面能量和水分的输送是不同的,尺度较小的绿洲其地面潜热大,感热相对小。R度在15km以上的绿洲可以形成绿洲一沙漠环流和绿洲的小气候,有较低的边界层,同时在绿洲边缘的沙漠形成湿气柱。尺度在儿公里的绿洲不能形成绿洲一沙漠环流和绿洲边缘的湿气柱。尺度较大的绿洲形成的温度和湿度边界层结构和环流配合,使绿洲形成具有自我保护的绿洲小气候环境,有利于绿洲生态的发展。  相似文献   

18.
张治坤  桑建国 《大气科学》2000,24(5):694-702
采用北京大学三维的复杂地形中尺度模式,结合陆面过程模式(SiB),模拟了草原和沙漠并存的下垫面的边界层大气运动.利用SiB模式计算了地表辐射、感热、潜热通量,并且预报地表温度.中尺度模式则模拟了沙漠地区受热抬升,形成的辐合运动,垂直速度的分布,不同高度上水平流场的变化以及中尺度动量和热量通量,把中尺度通量跟湍流通量进行了比较,以确定这种中尺度运动在GCM模式的参数化过程中的重要性.试验表明中尺度通量尤其是热量通量要比湍流通量大很多.  相似文献   

19.
非绝热加热对冷锋锋生过程影响的比较研究   总被引:1,自引:0,他引:1  
农尚尧  吕克利  钱滔滔 《大气科学》1994,18(Z1):868-878
本文利用半地转模式研究了非绝热加热对冷锋锋生过程的影响。计算结果表明,非绝热加热包括大尺度凝结潜热、积云对流加热和感热都可以在加热区诱发出附加的锋生场。从而使加热区内的锋区强度得到明显加强;三种加热都能使上升速度增大,其中大尺度凝结潜热释放可在锋前出现一条宽约200km的强降水带.积云对流加热可使上升运动区范围缩小或在低层出现中尺度雨带,感热加热是产生中尺度雨带的一种可能机制。计算还表明,大尺度凝结潜热对锋生过程的影响最明显。它可以影响锋生过程中所有物理量。而积云对流加热和感热加热只对位温场和垂直速度场有明显影晌。但影响程度没有大尺度凝结潜热大。  相似文献   

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