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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
2.
本文首先利用变分方法,考察了边界层运动能量的变化,指出经典Ekman流是在不可压缩条件下,能量积分达最小值时的一种平衡运动。这对Ekman层运动的物理本质有了进一步的认识。其次,讨论了Ekman动量近似下的Ekman层的平衡风场特征,研究了该平衡风场附近扰动的稳定性问题,结果表明,在自由大气气压场不发生扰动条件下,Ekman层中存在一类新的与惯性不稳定相类似的动力不稳定,且其不稳定性可与Ekman抽吸相联系,还讨论了一般性条件下的扰动不稳定性问题。 相似文献
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Impact of 4DVAR Assimilation of Rainfall Data on the Simulation of Mesoscale Precipitation Systems in a Mei-yu Heavy Rainfall Event 总被引：1，自引：0，他引：1
The multi-scale weather systems associated with a mei-yu front and the corresponding heavy precipitation during a particular heavy rainfall event that occurred on 4 5 July 2003 in east China were successfully simulated through rainfall assimilation using the PSU/NCAR non-hydrostatic, mesoscale, numerical model （MM5） and its four-dimensional, variational, data assimilation （4DVAR） system. For this case, the improvement of the process via the 4DVAR rainfall assimilation into the simulation of mesoscale precipitation systems is investigated. With the rainfall assimilation, the convection is triggered at the right location and time, and the evolution and spatial distribution of the mesoscale convective systems （MCSs） are also more correctly simulated. Through the interactions between MCSs and the weather systems at different scales, including the low-level jet and mei-yu front, the simulation of the entire mei-yu weather system is significantly improved, both during the data assimilation window and the subsequent 12-h period. The results suggest that the rainfall assimilation first provides positive impact at the convective scale and the influences are then propagated upscale to the meso- and sub-synoptic scales.
Through a set of sensitive experiments designed to evaluate the impact of different initial variables on the simulation of mei-yu heavy rainfall, it was found that the moisture field and meridional wind had the strongest effect during the convection initialization stage, however, after the convection was fully triggered, all of the variables at the initial condition seemed to have comparable importance. 相似文献
Through a set of sensitive experiments designed to evaluate the impact of different initial variables on the simulation of mei-yu heavy rainfall, it was found that the moisture field and meridional wind had the strongest effect during the convection initialization stage, however, after the convection was fully triggered, all of the variables at the initial condition seemed to have comparable importance. 相似文献
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Boundary-Layer Wind Structure in a Landfalling Tropical Cyclone 总被引：1，自引：0，他引：1
In this study, a slab boundary layer model with a constant depth is used to analyze the boundary-layer wind structure in a landfalling tropical cyclone. Asymmetry is found in both the tangential and radial components of horizontal wind in the tropical cyclone boundary layer at landfall. For a steady tropical cyclone on a straight coastline at landfall, the magnitude of the radial component is greater in the offshoreflow side and the tangential component is greater over the sea, slightly offshore, therefore the greater total wind speed occurs in the offshore-flow side over the sea. The budget analysis suggests that： （1） a greater surface friction over land produces a greater inflow and the nonlinear effect advects the maximum inflow downstream, and （2） a smaller surface friction over the sea makes the decrease of the tangential wind component less than that over land. Moreover, the boundary layer wind structures in a tropical cyclone are related to the locations of the tropical cyclone relative to the coastline due to the different surface frictions. During tropical cyclone landfall, the impact of rough terrain on the cyclone increases, so the magnitude of the radial component of wind speed increases in the offshore-flow side and the tangential component outside the radius of maximum wind speed decreases gradually. 相似文献
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地形上空边界层流中低层锋面结构的理论研究II:暖锋、均匀地转流 总被引：1，自引：0，他引：1
利用一个有地形、边界层摩擦作用、简化的二层浅水锋面模型,在理论上研究了地形上空边界层流动中地面暖锋的结构及环流分布特征问题.暖锋的坡度主要取决于其暖域地转流、锋面移速,它随锋面移速增大而减小,这与冷锋特征相反.地形对暖锋坡度的影响作用较小.与无地形作用时相比,静止性暖锋冷域中,位于锋面界面附近的闭合正环流系,当暖锋位于地形上游,其伸展范围增大;当暖锋位于迎风坡时,其伸展范围缩小,中心位置上抬;锋面移至背风坡时,其伸展范围重新增大.对于冷域中远离地面暖锋的另一支正环流系来说,当暖锋位于地形上游或迎风坡时,它可被地形完全阻塞于背风侧,地形高度越高,地形阻塞作用越大.在暖锋锋区附近主要存在三支垂直上升运动带:(a)由于边界层摩擦辐合作用,导致在地面暖锋后缘暖区中形成一支水平尺度较小、强度较大的垂直运动带,它随着暖锋移速增大而减弱.该垂直运动带,当暖锋位于地形迎风侧,强度增加;暖锋位于地形背风侧,其强度减弱.(b)在锋区暖域沿锋面存在均匀的上升运动,(c)在冷域远离地面暖锋处,存在一支水平范围较宽,其中心位于边界层顶部附近的垂直运动带,当暖锋位于迎风坡时,这支垂直运动带可被地形阻塞于地形背风侧. 相似文献
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近40年中国高空温度变化的初步分析 总被引：6，自引：0，他引：6
为了了解高空气温的长期变化趋势,利用中国28个高空探空站1961—2000年间地面至高空10hPa的温度资料进行了统计分析,结果表明:从地面到高空200hPa最冷在1月,最热在7月;但是在最冷的100hPa层以上,其气温年变化位相相反,即1月最热,8月最冷;50hPa层以上温度的年变化不大。近40余年来,年平均气温变化趋势自地面至700hPa,绝大部分地区温度上升,尤其是地面增温最为显著,而西南地区有降温趋势;对流层上层至50hPa的平流层的温度在降低,尤其是50hPa降温最为显著。北半球的较强火山喷发对中国32°N以南的低纬与32°N以北的中高纬地区高空温度的影响不同。火山喷发后,低纬地区平流层第1~26个月温度均有不同程度增温,其中在第7~8个月增温最明显;在对流层以下,第6~11个月、第16~27个月出现2次明显降温时段,第1次降温最明显。中高纬地区平流层在第1~16个月、第20~29个月出现2段增温,第1段增温时间跨度长、强度大,第17~19个月出现了降温。在对流层以下第2~5个月、第14~18个月、第21~30个月出现3次明显降温时段,第3次降温持续时间长,整体降温强度较大。 相似文献
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利用三维非静力中尺度数值模式MM5模拟了干湿大气条件中纬度典型斜压波及其锋面系统的生成与演变过程, 重点讨论地表拖曳对干、湿大气中地面锋结构、锋生过程的影响作用. 研究结果表明, 在干大气中, 地表拖曳力对地面锋锋生具有双向作用, 一方面是锋消作用, 主要体现在地表拖曳力减慢地面锋锋生、地面斜压波系统发展; 另一方面, 地表拖曳力导致强的非地转流形成, 从而延长了冷锋锋生过程维持时间, 有利于冷锋强度增大. 同时地表拖曳力可以造成边界层内锋面近乎垂直于地面, 导致锋前垂直运动增强, 这些结果进一步推广了谈哲敏和伍荣生的理论结果. 在湿大气中, 地表拖曳过程对锋面雨带分布有重要的影响作用, 地表拖曳力可减缓对流上 升, 从而导致地表能量的耗散减缓. 当大气低层湿度较小时, 对流不是很强, 地表拖曳力可减缓地表水汽、能量的迅速耗散, 且在锋后边界层中产生摩擦辐合上升区, 这些上升区可逐渐东移到冷锋前, 补偿了锋前上升带的强度, 有利于冷锋降水的维持. 当大气低层湿度场很强时, 对流发展比较旺盛, 此时地表拖曳对低层水汽与能量的束缚作用相对较弱, 相应地表拖曳对锋面及其降水系统影响较小. 相似文献
9.
β-GMA与边界层动力学特征 总被引：1，自引：0，他引：1
本文研究了β平面中的地转动量近似(β-GMA)及其成立条件.利用β-GMA得到了一个描述Ekman动力学特征的动力学方程组.研究了β项和地转动量(GM)对Ekman层动力学的共同作用.结果表明,β-GMA下的解由两部分组成,一部分即为f-GMA下的解,另一部分为β项与GM的相互作用解.这样,一方面,β-GMA解由于β项存在,对一个定常纬向对称的高度场具有纬向非对称结构,而f-GMA解是纬向对称的.利用一个定常、轴对称的圆形涡旋例子计算了Ekman层的水平风速和边界层顶部的垂直速度,并与经典解、f-GMA解 相似文献
10.
利用耦合复杂程度不同的陆面过程参数化方案(Noah、RUC)的新一代中尺度数值模式WRF,对2006年6月24日发生在宁波地区的一次典型的雷暴过程进行了数值模拟试验。结果表明:对于雷暴发生前期近地面热力、动力场的特征,Noah方案的模拟较为逼真,RUC方案没有反映出下垫面覆盖的多样性以及城市下垫面的影响,城乡之间差异不明显;Noah方案模拟的雷暴启动、发展过程与观测较为一致,RUC方案较好地描述出了演变过程中的关键阶段(3次合并过程);由于参数化所考虑的要素和物理过程存在一定差异,Noah方案在对降水的强度、降水中心位置的模拟方面具有一定优势;雷暴的持续时间对陆面过程参数化方案的选择比较敏感,两个方案所模拟的雷暴过程持续时间不同程度地长于实际雷暴持续时间;无论是哪种下垫面覆盖类型,白天Noah方案模拟的感热通量均大于RUC方案,而Noah方案模拟的潜热通量均小于RUC方案。 相似文献