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Arnaldo Longhetto Enrico Ferrero 张瑛 全利红 Massimiliano Manfrin Luca Mortarini Renato Forza 《气象与减灾研究》2009,32(3):15-18
重点介绍和讨论了中性条件下旋转扰动流体中边界层强迫不稳定及其相关的一些问题,阐述了旋转体系中切变驱动边界层不稳定的动力学特征。这些不稳定状态的研究在大气物理学、流体动力学、海洋学等多个领域中引起科学家极大的兴趣,近年来在实验和理论研究中都得到了不断的发展。意大利都灵大学基础物理系地球科学实验组通过水槽旋转实验方法,不断改变水槽启动或结束时的旋转运动速度,以及底部壁面粗糙度等要素,所得到的实验结果与SDBL理论非常一致。 相似文献
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本文在边界层顶垂直速度正比于地转涡度和地转风速,并与下垫面粗糙度有关的前提下,研究了边界层抽吸引起的涡度变化,在圆对称气压系统内得到了不同粗糙度情况下的涡度场和气压场的变化速率,修正了经典理论的结果。在湍流交换系数是地转风速及高度的函数的前提下,推导了地形存在时边界层顶垂直速度的公式,并用来讨论地形存在时的旋转减弱问题。 相似文献
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本文介绍了下垫面粗糙度突变时内边界层的形成过程,阐述了内边界层研究的意义,总结和分析了内边界层在理论研究、实验和观测以及数值模拟方面的主要成果。 相似文献
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本文使用位于粗糙和不均匀地形上北京320米气象塔夜间边界层风速、风向和温度资料,用行星边界层u分量第一个极值高度作为行星边界层高度尺度,用边界层内的平均风速和平均位温作为速度和位温特征尺度,分析得到在稳定条件下相似性函数A_m、B_m和C_m以及行星边界层高度的参数化表达式。 分析表明,可以将广义相似性理论推广到粗糙而不均匀地形上的大气边界层中。 相似文献
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用大涡模式研究对流边界层湍流 总被引：1，自引：0，他引：1
利用三维对流边界层的大涡模拟模式研究对流边界层湍流统计特征量,模拟结果与前人的同类模拟工作及实验观测结果相比较,得到了一致的结论.
相似文献
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大气边界层及其与自由大气之间的相互作用具有明显的非线性特征,而这些特征是经典Ekman理论所不能描述的,因此,发展中等复杂程度(介于完全模式与经典Ekman模型之间)的大气边界层动力学模式,简称中间模式,对人们从理论上认识大气边界层动力学过程的非线性特征具有重要意义。本文对目前最具代表性的几个中间边界层模型:地转动量近似边界层模型、Ekman动量近似边界层模型以及弱非线性边界层模型进行了总结和分析,阐述了Ekman层主要动力学特征。通过分析上述各模型的理论框架,揭示了各模型的物理意义及其在描述Ekman边界层基本动力特征上的优点和局限性,并指出尽管在细节定量描述上有差异,但各中间模型对Ekman层动力学特征的定性描述具有很好的一致性。对于这些Ekman边界层近似理论模型的进一步应用问题,主要回顾和总结了利用上述模型探讨地形边界层结构、大气锋生过程、低层锋面结构和环流以及边界层日变化、低空急流形成等动力学问题的研究,并对这些研究所揭示的Ekman层动力学特征及其对自由大气低层运动的影响进行了分析,结果表明,这些Ekman边界层近似模型可以较好地揭示大气边界层动力学特征,在大气边界层动力学及其与自由大气相互作用的研究上具有重要价值。另外,还对目前Ekman边界层理论研究中存在的问题进行了一些分析,提出了有待进一步研究的科学问题。 相似文献
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主要从理论、试验角度对大气边界层的研究进行了简要的回顾,尤其对近年来倍受关注的非均匀地表条件下的边界层研究进行了较详细的介绍,并对大气边界层的研究进行了展望。20世纪50年代,Monin和Obukhov提出的Monin-Obukhov相似理论,为现代大气边界层物理学奠定了基础。之后进行的多次大型综合性外场试验,不仅揭示和发现了大气边界层中的许多现象和规律,也验证和发展了Monin-Obukhov相似理论。80年代以后,非均匀地表条件下的大气边界层研究越来越受到关注,一些新的现象被揭示,新的问题被提出,同时也提出了一些新的概念和研究方法。未来10 a,除大气湍流机理等需长期坚持研究外,还应进一步开展非均匀复杂下垫面边界层研究、城市边界层研究和局地边界层气象预报研究。 相似文献
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本文给出了热带地区大气边界层顶的垂直速度,并以此对积云对流加热进行了参数化。用垂直二层楼式讨论了在积云对流加热作用下赤道波的线性稳定性性质。结果表明,在加热强度因子η=O(1)的情况下,由波动自身在大气低层的辐散辐合进行参数化的积云对流加热仅仅引起波动的频率修正,它对波动的不稳定增长率没有贡献;而由边界层旋转抽吸进行参数化的积云对流加热可直接引起波动的不稳定增长。当η>0.5时,由边界层旋转抽吸进行参数化的积云对流加热便使赤道波出现不稳定增长;重力型波动均存在有限波长的最大增长率;Rossby型波动的不稳定增长率远较重力型波动大。此外,由边界层旋转抽吸进行参数化的积云对流加热也会引起波动的频率修正。在此修正下,Kelvin波成为频散波. 相似文献
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不同边界层方案对一次华北暴雨数值模拟的敏感性研究 总被引：1，自引：1，他引：0
以2010年8月17—19日华北地区的暴雨事件为研究对象,采用中尺度数值模式WRF,通过8个数值实验测试暴雨事件模拟结果对不同边界层方案的敏感性。结果表明,采用不同边界层方案的模拟结果存在明显差异。分辨率为12 km时,7个边界层方案实验均模拟出类似观测的四处较强降水,但模拟得到的降水强度和强降水中心位置与实况有所差异,NOPBL实验模拟的雨带收缩,降水相对其他模拟实验较少且更为集中。分辨率为4 km时,采用边界层方案的7个实验均可见小尺度降水结构,模拟出较多虚假降水中心,而在NOPBL试验中降水的小尺度结构不明显。检验表明:分辨率为12 km时,MYJ试验的TS评分、相关系数和误差分析等整体表现最优,分辨率为4 km时,Bou Lac试验整体表现最优。与NOPBL试验相比,加入MYJ边界层方案后,模拟的水汽输送增加、上升运动及涡散度绝对值增大。 相似文献
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该文在多尺度湍流理论的研究成果基础上, 将边界层湍流风谱与平均量的梯度相联系, 建立了边界层多尺度湍流参数化子模式, 之后放入MM5模式中进行了个例模拟研究, 并与MM5模式附带的M RF边界层参数化、Blackadar高分辨率边界层参数化的模拟结果进行比较和分析。结果表明, 多尺度湍流理论能够反映出实际大气边界层中热量垂直输送的规律, 将其用于中尺度数值预报模式的边界层物理过程参数化是可行的; 多尺度湍流参数化在地表层和边界层内各个层次上都着重考虑含能量最大的涡的作用以及水平热力不均匀性的影响, 因此在地形和下垫面比较复杂的区域, 对中尺度天气系统的模拟有进一步发展的前景。 相似文献
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三维层结流中地形上空湍流边界层结构特征研究 总被引：3，自引：2，他引：1
利用中尺度数值模式ARPS,在理想条件下研究了旋转、地表摩擦的共同作用下,均匀来流条件下,三维层结大气中地形上空及其边界层结构特征.重点讨论了不同的山地流动Fr数、不同上游来流方向情况下,山地流动及其边界层的特征.在大气稳定层结条件下,山地流动具有上游阻挡、下游急流加速以及重力波破碎等流动特征,这些山地流动特征在柯氏力的影响下,均表现出了南北非对称性.当山地流动的Fr数增加(增加地形高度)时,山地流动的南北急流增强,由于柯氏力的影响,南侧急流的增幅更为显著,流动的南北非对称性增强.在干过程山地流动中,由急流所导致的强烈的垂直风切变,是湍流边界层产生和发展的直接决定因素. 相似文献
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根据作者提出的含边界层层结特征参数如层结稳定度、粗糙度等的Ekman抽吸速度公式,研究了稳定度、粗糙度、斜压性等参数对旋转减弱的影响。计算实例表明,稳定度影响旋转减弱最强,典型的不稳定情况旋转减弱进行的速度比稳定时大一个量级;粗糙度的影响主要表现于层结不稳定时,陆上要比海上快2倍以上。斜压性在不稳定时也有影响,此外风速也是影响旋转减弱的主要因子。本文结论有助于边界层与自由大气间相互作用的认识,并能给出某些气压系统维持与衰减的可能解释。 相似文献
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本文使用北京市北郊气象塔实测资料,根据边界层结构的理论和实验研究结果,计算得到了描述边界层结构的参数值,并利用非定常二维平流扩散方程对边界层结构及地面对浓度的影响进行数值模拟. 结果表明,浓度场对边界层结构的日变化有明显响应;混合层高度是影响地面浓度的一个重要因子,且对高架源来说,混合层从低于排放高度发展到高于排放高度是产生“熏烟”现象的必要条件;当V_d≤0.001m sec~(-1)时,地面边界可按全反射处理;相反,V_d≥0.01m sec~(-1)时,地面边界的影响显著,应予以充分重视. 相似文献
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本文利用二层模式得出线性化大气动力热力学方程组的解析解,用于研究城市表面加热引起的不稳定城市边界层中的垂直运动.解析解表明,不稳定边界层中的垂直运动由城市热山所形成的过山波和背风波两部分组成.两种波动的叠加使得上升运动发生于城市中心和城市下风向部分,形成对流活动的多发区.最后还从理论角度讨论了城市边界层厚度的空间变化. 相似文献