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1.
引言大气边界层内的流场分布受下垫面影响程度较大,不仅扩大了边界层的垂直范围,而且对近地面层盛行风场、温度场及降水分布都有明显影响。这为气象和环保的研究工作带来了许多问题。流场的研究和分析一直是国内外气象工作者关心的课题,尤其边界层内的流场分布特征。全面掌握较大范围的低空流场特征分布,不仅与我们预报局地降水有密切关系,而且对大气中的环境污染物输送、扩散等有重要影响,也可为数值预报模式中下垫面初值设计方案提供一定的参考。因此,研究我国低空流场的分布特征具有重要的实际意义。我国曾出版过常规标准层的平均… 相似文献
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森林下垫面陆面物理过程及局地气候效应的数值模拟试验 总被引：5，自引：0，他引：5
文中基于大气边界层和植被冠层微气象学基本原理 ,建立了一个森林植被效应的陆面物理过程和二维大气边界层数值模式。并应用该模式进行了植被和土壤含水量等生物和生理过程在陆面过程和局地气候效应方面的数值模拟试验。所得数值模拟试验结果与实际情况相吻合。结果表明 ,应用该模式可获得植被温度、植被冠层内空气温度、地表温度日变化特征 ;森林下垫面大气边界层风速、位温、比湿、湍流交换系数的时空分布和日变化特征。该模式还可应用于不同下垫面 ,模拟陆面物理过程与大气边界层相互作用机制及其局地气候效应的研究 ,这将为气候模式与生物圈的耦合研究奠定一个良好的基础。 相似文献
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发展了一维非定常大气边界层模式，模拟了植被下垫面情况下夜间温度场的分布特点，并与裸地下垫面的夜间温度场作对比，定量研究了植被对夜间温度随高度分布的影响。 相似文献
4.
《高原气象》2017,(2)
藏东南地区是青藏高原山地复杂下垫面的典型代表,其边界层大气过程异常复杂,给数值模拟和预报带来较大困难。大气边界层参数化方案的选取关系到能否正确模拟和预报局地大气过程。本研究采用中尺度模式WRF(Weather Research and Forecasting Model)对藏东南林芝地区对流和稳定边界层大气过程进行模拟,与2013年夏季"藏东南地区复杂下垫面地气交换观测实验"资料对比,研究ACM2,Boulac,M YJ,QNSE和YSU5种边界层参数化方案在青藏高原复杂下垫面的适用性。结果表明:对于水汽混合比垂直结构的模拟,Boulac和MYJ方案分别在模拟对流边界层和稳定边界层时能力最优。ACM 2方案最适宜藏东南复杂下垫面条件下的位温和风速垂直分布的模拟。各边界层参数化方案模拟对流边界层高度均较实际观测偏低,其中,QNSE方案模拟的边界层高度最接近观测。同一种边界层参数化方案对于夜间稳定边界层和正午对流边界层的模拟能力也不相同。该地区边界层风场受地形影响显著,风速较小,模拟的近地层风场较观测偏弱,MYJ和QNSE方案对近地层风场的模拟效果较好。 相似文献
5.
本文应用二阶矩闭合模式研究了在不同的下垫面降温情况下稳定大气边界层结构的演变过程。结果表明:下垫面降温不同,稳定大气边界层内平均位温廓线的演变规律也不同,风廓线和脉动量廓线也相应地变化。影响温度廓线演变的因子除了湍流扩散作用以外,还有由于湍流交换作用在垂直方向的非均匀分布而产生的类似垂直平流作用的输送项。若下垫面经过一段时间的明显降温后降温停止或很少,则这种输送作用能改变位温廓线斜率在垂直方向上的分布规律。即由斜率在垂直方向的单调变化演变为非单调变化。 相似文献
6.
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
7.
海洋边界层高度是表征海洋上空大气的水汽、热量、物质等垂直分布的重要特征量，同时在气候、污染、模式预报上有关键作用。然而，利用海洋边界层高度观测对数值天气预报模式进行诊断的研究很少。因此，本文利用2019—2020年GPS掩星资料计算出的海洋边界层高度的分布特征，对CMA GFS全球模式的预报性能进行分析，同时借助ERA5再分析资料对CMA GFS模式的偏差进行讨论。主要结论如下：①CMA GFS全球模式在西太平洋、南太平洋、南大西洋绝大部分海域预报的边界层高度比较合理;②模式在热带辐合带海域和南太平洋辐合带存在高估预报，初步分析与模式对热带深对流的抬升凝结高度的预报偏高有关。③模式和ERA5在南半球层积云所在区域均存在边界层高度预报偏低，初步分析可能是模式对南半球层积云顶辐射冷却驱动的湍流扩散偏小造成。④模式在有云的大气下主要呈现为预报偏高，中心值在200 m左右，而在晴空区域模式预报较为合理，偏差值范围较小，ERA5也存在类似的特点。 相似文献
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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
10.
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
11.
The temperature and wind profiles in abaroclinic atmospheric boundary layer (ABL) are investigated.Assuming stationary conditions, the turbulent state in the ABL forstable and neutral conditions is uniquely determined by the Rossbynumber, the external stratification parameter and two externalbaroclinic parameters. A simple two-layer baroclinic model isdeveloped. It consists of a surface layer (SL) and overlyingEkman-type layer. The system of dynamic and heat transfer equations isclosed using K-theory. In the SL the turbulent exchangecoefficient is consistent with the results of similarity theorywhile in the Ekman layer it is assumed constant. The universalfunctions in the resistance, heat and humidity transfer laws arededuced from the analytical solutions for the wind and temperatureprofiles. The solutions of the ABL resistance laws for theinternal ABL parameters, necessary for the calculations of the ABLprofiles, are approximated in terms of the external ABLparameters. Favourable agreement of model results with theavailable experimental data is demonstrated. 相似文献
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北京地区一次强沙尘暴过程的大气边界层结构和湍流通量输送特征 总被引：15，自引：6，他引：9
利用中国科学院大气物理研究所北京325 m气象塔的风速和温度平均场观测资料和湍流资料,以及北京市气象台地面常规气象资料和逐日08:00和20:00(北京时间)的探空资料,分析了2002年3月18～22日沙尘暴过境前后北京城市边界层结构特征和湍流输送特征,结果表明:1)在沙尘暴爆发前,边界层中水平风速一直较小;气温较高,大气层结稳定,在边界层上部有强大的逆温层.随着冷锋过境,沙尘暴爆发,边界层中水平风速和平均湍流速度急剧增强;温度也突然变化,先迅速增强后又持续下降,逆温层迅速被破坏.2)沙尘暴初期,280 m上为系统性上升气流,而47和120 m则为系统性的下沉气流.随着沙尘暴爆发,湍流动能、向下传输的动量以及向上传输的感热也迅速增大,并且120 m高度的湍能、动量通量以及感热通量明显高于47和280 m,这与北京的局地环流有关.3)本次沙尘暴过程中,120和47 m层的摩擦速度都明显超过了北京的临界摩擦速度,表明局地起沙也是本次沙尘暴过程中北京沙尘的一个重要沙源. 相似文献
13.
The atmospheric boundary layer (ABL) model of Weng and Taylor with E−ℓ turbulence closure is applied to simulate the one-dimensional stably stratified ABL. The model has been run for nine hours from specified initial wind, potential temperature and turbulent kinetic energy profiles, and with a specified cooling rate applied at the surface. Different runs are conducted for different cooling rates, geostrophic winds and surface roughnesses. The results are discussed and compared with other models, large-eddy simulations and published field data. 相似文献
14.
复杂地形城市冬季边界层对气溶胶辐射效应的响应 总被引：6，自引：3，他引：6
作者着眼于城市气溶胶辐射效应与大气边界层的相互作用问题,针对地形复杂的兰州市及周边地区,开发应用了WRF(Weather Research and Forecasting,天气研究和预报)模式,使之与包含了大气气溶胶辐射效应和气溶胶粒子扩散的综合大气边界层数值模式嵌套起来.通过个例分析,揭示了冬季气溶胶辐射效应对边界层结构的定量影响.主要特征为夜间气溶胶的长波辐射效应使地面附近的气温增高,增温幅度为0.1～0.3 K/h,使低空(25～300 m)大气层冷却,降温幅度为0.08～0.15 K/h,风速在150 m以下减小;白天气溶胶的短波辐射效应使地面层内明显增温,1 h内升温约0.5 K,增温最大值在混合层顶500～600 m高度.受增温影响,垂直风场和水平风场随之调整,风速在450 m以下增大约0.1 m/s左右,而在450 m以上风速减小0.1 m/s左右. 相似文献
15.
A. Lapworth 《Boundary-Layer Meteorology》2006,119(3):501-526
Six years of observations from a surface instrument site have been analysed to determine timings and factors influencing developmental changes in the near-surface wind and turbulent heat fluxes during the morning heating of the atmospheric boundary layer. A simple relationship has been found between near-surface wind speed and screen temperature, together with a predictive equation for the morning transition air temperature. Profile measurements from a probe mounted on a tethered balloon have beenused to supplement the surface data and study the processes underlying these surface relationships. The results have confirmed earlier work and have shown that both before and immediately after morning transition, almost all heating in the surface layer is due to turbulent diffusion from above. In order to explain the mechanisms involved in the relationships, a simple finite difference model has been run and validated against the profile data. The model predictions are compared with observations during both the morning and evening and the differences related to the different temperature profiles. Numerical forecasting rules for the surface wind speed and transition temperature are derived from the results. 相似文献
16.
利用2007年12月的加密探空资料, 对高原东部及其下游地区的边界层结构和高原东部边界层变化对下游大气的影响进行了分析。结果表明, 冬季青藏高原东部夜间近地面逆温层可以发展到平均500 m的高度, 白天混合层可以发展到平均2000 m的高度。白天混合层内水汽和风速混合十分均匀, 在混合层发展成熟时存在十分深厚的逆湿层。冬季青藏高原下游的四川盆地, 边界层内温度日较差小, 夜间逆温层把大量地表水汽截留在近地层, 日出前近地层水汽容易达到饱和。白天, 混合层在中午发展成熟, 平均高度只有300 m。四川盆地对流层下部存在非常强的逆温层, 该逆温层是青藏高原抬升地表加热和冬季盛行西风气流形成的, 逆温层变化是青藏高原东部边界层温度日变化和局地西风变化的共同结果。逆温层显著改变大气动量、 热量和水汽的垂直分布。与对流层下部逆温相联系的中层云对辐射的影响是造成四川盆地温度日较差和混合层高度变化的原因。 相似文献
17.
Atmospheric Boundary-Layer Dynamics with Constant Bowen Ratio 总被引：1，自引：1，他引：0
Amilcare Porporato 《Boundary-Layer Meteorology》2009,132(2):227-240
Motivated by the observation that the diurnal evolution of sensible and latent heat fluxes tends to maintain a constant Bowen
ratio, we derive approximate solutions of the ordinary differential equations of a simplified atmospheric boundary-layer (ABL)
model. Neglecting the early morning transition, the potential temperature and specific humidity of the mixed layer are found
to be linearly related to the ABL height. Similar behaviour is followed by the inversion strengths of temperature and humidity
at the top of the ABL. The potential temperature of the mixed layer depends on the entrainment parameter and the free-atmosphere
temperature lapse rate, while the specific humidity also depends on the free-atmosphere humidity lapse rate and the Bowen
ratio. The temporal dynamics appear only implicitly in the evolution of the height of the boundary layer, which in turn depends
on the time-integrated surface sensible heat flux. Studying the limiting behaviour of the Bowen ratio for very low and very
large values of net available energy, we also show how the tendency to maintain constant Bowen ratio during midday hours stems
from its relative insensitivity to the atmospheric conditions for large values of net available energy. The analytical expression
for the diurnal evolution of the ABL obtained with constant Bowen ratio is simple and provides a benchmark for the results
of more complex models. 相似文献
18.
WRF模式对青藏高原那曲地区大气边界层模拟适用性研究 总被引：2，自引：0，他引：2
采用WRF（Weather Research and Forecasting）模式4种边界层参数化方案对青藏高原那曲地区边界层特征进行了数值模拟,并利用"第三次青藏高原大气科学试验"在青藏高原那曲地区5个站点的观测资料对模拟结果进行验证,分析不同参数化方案在那曲地区的适用性。研究表明,YSU、MYJ、ACM2和BouLac方案对2 m气温和地表温度的模拟偏低。BouLac方案模拟的地表温度偏差较小。通过对能量平衡各分量的对比分析发现,温度模拟偏低可能是向下长波辐射模拟偏低以及感热通量和潜热通量交换过强导致的。对于边界层风、位温和相对湿度垂直结构的模拟,局地方案的模拟效果均优于非局地方案。BouLac方案对那曲地区近地层温度、边界层内位温和相对湿度的垂直分布模拟效果较好。 相似文献
19.
水、陆不均匀条件下大气边界层结构的模拟研究 总被引：2，自引：0，他引：2
应用2004年白洋淀野外观测实验资料,对白洋淀地区水、陆不均匀分布条件下的大气边界层开展了数值模拟试验,结果表明:由于下垫面的热力差异,在360多km2的白洋淀地区,地表特征分布的不均匀可以引发弱的局地环流,影响大气边界层内温度和湿度的空间分布;在500m高度以下,下垫面不均匀分布对湍流动能有明显影响.最后将模拟结果与观测资料进行了对比检验. 相似文献
20.
Inanc Senocak Andrew S. Ackerman Michael P. Kirkpatrick David E. Stevens Nagi N. Mansour 《Boundary-Layer Meteorology》2007,124(3):405-424
In large-eddy simulations (LES) of the atmospheric boundary layer (ABL), near-surface models are often used to supplement
subgrid-scale (SGS) turbulent stresses when a major fraction of the energetic scales within the surface layer cannot be resolved
with the temporal and spatial resolution at hand. In this study, we investigate the performance of both dynamic and non-dynamic
eddy viscosity models coupled with near-surface models in simulations of a neutrally stratified ABL. Two near-surface models
that are commonly used in LES of the atmospheric boundary layer are considered. Additionally, a hybrid Reynolds- averaged/LES
eddy viscosity model is presented, which uses Prandtl’s mixing length model in the vicinity of the surface, and blends in
with the dynamic Smagorinsky model away from the surface. Present simulations show that significant portions of the modelled
turbulent stresses are generated by the near-surface models, and they play a dominant role in capturing the expected logarithmic
wind profile. Visualizations of the instantaneous vorticity field reveal that flow structures in the vicinity of the surface
depend on the choice of the near-surface model. Among the three near-surface models studied, the hybrid eddy viscosity model
gives the closest agreement with the logarithmic wind profile in the surface layer. It is also observed that high levels of
resolved turbulence stresses can be maintained with the so-called canopy stress model while producing good agreement with
the logarithmic wind profile. 相似文献