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边界层参数化对海南岛山地环流结构和湍流特征模拟的影响

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地球物理学报 2023年第5期66卷 1888-1910页

作者：吴冰雪苗峻峰杨薇南京信息工程大学大气科学学院南京210044 海南省南海气象防灾减灾重点实验室海口570203 海南省气象台海口570311

本文基于WRF-ARW(V4.0)中尺度数值模式,选用耦合同一近地层参数化方案(Eta)的五种边界层参数化方案(MYJ、MYNN2、MYNN3、BouLac、UW),对2020年5月1—2日海南岛一次典型山地环流个例进行模拟,对比分析了这五种方案所模拟的山地环流结构... 详细信息

本文基于WRF-ARW(V4.0)中尺度数值模式,选用耦合同一近地层参数化方案(Eta)的五种边界层参数化方案(MYJ、MYNN2、MYNN3、BouLac、UW),对2020年5月1—2日海南岛一次典型山地环流个例进行模拟,对比分析了这五种方案所模拟的山地环流结构和湍流特征的差异,旨在为模式应用于山地环流研究和模式改进提供一定的科学依据.研究结果表明,这五种湍流动能边界层参数化方案均能模拟出山谷风特征,对环流结构和湍流特征的影响表现为谷风时段大于山风时段.对于山地环流水平结构的模拟,因平原风推进距离的不同,五种方案模拟的近地面风速差异可达4 m·s^(-1)以上,其中MYJ方案模拟的谷风最强盛,而MYNN3方案最弱,山区多为静风或小风.对于山地环流垂直结构的模拟,MYNN2、UW方案模拟的谷风环流较强,表现为谷风厚度较厚,推进距离较远,同时由于模拟的谷风环流可越过山顶,从而模拟的高海拔地区上升区的覆盖范围和强度均较大;MYJ、BouLac方案模拟的谷风环流均未能越过山顶,且其中BouLac方案的平原风环流未能与上坡风环流耦合;而MYNN3方案模拟的环流结构最不明显.湍流特征对比分析表明,五种方案模拟的湍流动能强度和分布特征存在显著差异,其中MYNN2方案湍流混合最强,MYJ方案最弱.由于MYNN2方案下垂直湍流混合较强,大气不稳定度增加,因此其对应的谷风厚度较大,同时该方案模拟的边界层结构与实况最为接近,更适用于海南岛山地环流的模拟.

关键词：热带岛屿山地环流山谷风湍流特征数值模拟边界层参数化方案

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中性大气稳定度条件下林冠湍流特征模拟

应用生态学报 2010年第2期21卷 294-299页

作者：刁一伟关德新金昌杰王安志裴铁璠中国科学院沈阳应用生态研究所沈阳110016 南京信息工程大学大气物理学院南京210044

基于欧拉二阶闭合模型,利用2003年长白山阔叶红松林微气象资料,计算并分析了长白山阔叶红松林林冠内/上的湍流特征.结果表明:模拟得到的平均风速廓线与实测值吻合;雷诺应力在林内衰减较大,而近地面处几乎没有动量传输贡献;湍流强度、速... 详细信息

基于欧拉二阶闭合模型,利用2003年长白山阔叶红松林微气象资料,计算并分析了长白山阔叶红松林林冠内/上的湍流特征.结果表明:模拟得到的平均风速廓线与实测值吻合;雷诺应力在林内衰减较大,而近地面处几乎没有动量传输贡献;湍流强度、速度方差和速度偏度在林冠与大气交界面处达到最大,同时剪切也达到最强;速度偏度越大,则湍流间歇性越强,并且向下的湍涡越难穿透林冠内部;林内深处的大部分湍流能量不是由局地产生,而来自于林上.

关键词：二阶闭合模型森林冠层湍流特征

天津一次雾-霾天气过程的近地层温湿结构和湍流特征分析

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环境科学学报 2018年第10期38卷 3856-3867页

作者：姚青刘敬乐蔡子颖韩素芹吴彬贵天津市环境气象中心天津300074 天津市气象科学研究所天津300074

采用地面大气能见度、PM_(2.5)质量浓度、梯度气象资料、塔上湍流观测资料等多种资料及后向轨迹方法,分析近地层温湿结构和湍流特征对2016年12月16日—21日天津地区一次严重持续雾霾天气演变过程的影响.结果表明,本次雾霾天气过程可以... 详细信息

采用地面大气能见度、PM_(2.5)质量浓度、梯度气象资料、塔上湍流观测资料等多种资料及后向轨迹方法,分析近地层温湿结构和湍流特征对2016年12月16日—21日天津地区一次严重持续雾霾天气演变过程的影响.结果表明,本次雾霾天气过程可以明显的分为霾、雾的生成和发展、雾成熟和雾霾消散等4个阶段,近地层温度、相对湿度和风的垂直分布及湍流特征对各阶段的雾-霾转化起到了重要作用.霾生成期间,偏南气流盛行,地面风速降低,RH不断增大,湍流不活跃;地面辐射降温引发了近地层内显著的强逆温,并导致RH由地面到高空逐渐增大,有利于雾的生成和发展;感热通量和潜热通量爆发式增长,导致逆温层瓦解,雾顶继续抬升,雾进入成熟阶段,湍流活动减弱;受西北气流影响,湍流活跃,高空的干冷气团向下取代地面暖湿气团,结束本次雾霾天气过程.采用近地层温湿结构和湍流特征资料,可用于雾-霾天气的演变及其转化过程精细分析.

关键词：雾霾天气温湿结构湍流特征天津

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疏勒河上游高寒草甸下垫面湍流特征分析

高原气象 2013年第2期32卷 368-376页

作者：吴灏叶柏生吴锦奎陈建忠周兆叶高明杰王晓云王杰中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冰冻圈科学国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所流域水文及应用生态实验室甘肃兰州730000 贵州省瓮安县永和镇人民政府贵州瓮安550407 云南省水利水电科学研究院云南昆明650021

利用2011年疏勒河上游高寒草甸生长季(5-9月)的近地层湍流观测资料,分析了该区域近地层三维风速标准差统计特征及近地层能量交换特征。结果表明,研究区域无量纲化三维风速标准差与稳定度的关系满足Monin-Obukhov相似理论;在近中性条件下... 详细信息

利用2011年疏勒河上游高寒草甸生长季(5-9月)的近地层湍流观测资料,分析了该区域近地层三维风速标准差统计特征及近地层能量交换特征。结果表明,研究区域无量纲化三维风速标准差与稳定度的关系满足Monin-Obukhov相似理论;在近中性条件下,高寒草甸下垫面无量纲化三维风速标准差近似表现为一常数,即σu/u*=3.50,σv/u*=3.30,σw/u*=0.96;通过最小二乘法(OLS)的回归直线,5-9月强制通过原点的OLS回归斜率分别为0.76,0.72,0.75,0.73和0.73;能量平衡比率(EBR)月平均值分别为0.90,0.85,0.86,0.88和0.93;能量闭合度白天大于夜间,EBR从早晨到下午呈增加趋势,并在日出和日落时段变化较为剧烈。在生长季节研究区净辐射主要消耗于潜热即研究区的蒸散,其次是陆地与大气间的感热交换,最后是地表热通量。

关键词：湍流特征 Monin-Obukhov相似理论能量平衡疏勒河上游

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青藏高原改则地区近地层湍流特征

大气科学 2000年第3期24卷 289-300页

作者：刘辉志洪钟祥中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室北京100029

分析了第二次青藏高原气象科学试验 (TIPEX) 1 998年 6～ 7月加强期在改则取得的湍流资料 ,讨论了近地层湍流宏观统计量、温度、湿度结构参数以及通量整体输送系数等变化规律 ,结果表明在不稳定层结下 ,湍流宏观统计量等随稳定度的变化... 详细信息

分析了第二次青藏高原气象科学试验 (TIPEX) 1 998年 6～ 7月加强期在改则取得的湍流资料 ,讨论了近地层湍流宏观统计量、温度、湿度结构参数以及通量整体输送系数等变化规律 ,结果表明在不稳定层结下 ,湍流宏观统计量等随稳定度的变化满足过去在平原地区得到的相似关系。

关键词：青藏高原近地层湍流特征大气环流

利用船载走航涡动相关资料分析北黄海海域大气湍流特征

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中国海洋大学学报（自然科学版） 2014年第11期44卷 81-88页

作者：段自强高会旺高增祥中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室山东青岛266100

利用船载涡动相关系统的走航观测资料,分析了北黄海海域大气边界层湍流特征,并初步讨论了走航观测方式的可行性。观测资料中,风速脉动功率谱有异常高值,经船体运动校正后可以去除。北黄海海域大气边界层中无量纲风速标准差与稳定度之间... 详细信息

利用船载涡动相关系统的走航观测资料,分析了北黄海海域大气边界层湍流特征,并初步讨论了走航观测方式的可行性。观测资料中,风速脉动功率谱有异常高值,经船体运动校正后可以去除。北黄海海域大气边界层中无量纲风速标准差与稳定度之间存在1/3次方关系;依据走航资料得到的拖曳系数与定点观测结果之间存在一定差异,但它们与风速之间的关系具有一致性。依据相似性理论并通过与定点观测结果的对比可见,走航观测方式能够获得海洋大气边界层的湍流特征,但走航观测资料在船体运动校正后出现低频功率谱值增大的现象,这可能与船体平移的低频变化未能被完全去除有关。

关键词：北黄海大气边界层涡动相关湍流特征走航观测

干湿地表的湍流特征及其对深对流影响的大涡模拟

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气象学报 2021年第4期79卷 659-673页

作者：张璐黄倩张宏昇张强田红瑛兰州大学大气科学学院半干旱气候变化教育部重点实验室兰州730000 北京大学物理学院大气与海洋科学系气候与海-气实验室北京100871 中国气象局兰州干旱气象研究所/甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室/中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室兰州730020 甘肃省气象局兰州730020

利用大涡模式模拟了对流边界层结构演变以及深对流触发过程。通过改变鲍恩比的敏感性试验研究不同大气初始状况下湿润和干旱下垫面湍流特征及其对深对流触发过程的影响。结果表明:干旱下垫面的混合层干而暖,厚度较大;湿润下垫面相反。... 详细信息

利用大涡模式模拟了对流边界层结构演变以及深对流触发过程。通过改变鲍恩比的敏感性试验研究不同大气初始状况下湿润和干旱下垫面湍流特征及其对深对流触发过程的影响。结果表明:干旱下垫面的混合层干而暖,厚度较大;湿润下垫面相反。由于地表感热通量对热力湍流形成的作用更大,干旱下垫面上湍流混合和夹卷作用更强,使得水汽和相当位温在边界层内分布更均一,而在边界层顶有较大的负扰动;干旱下垫面上对流强度较湿润下垫面大,但均表现为泡状对流,水平方向上呈网状结构。不同下垫面上深对流的发生与大气初始状况有关,当初始时刻1—3 km的逆温强度较弱时(0.15 K/(100 m)),边界层内湍流迅速发展,深对流首先在干旱下垫面发生,但因对流有效位能较小,云层厚度小于湿润下垫面。当1—3 km的逆温强度增加到0.55 K/(100 m)时,云层形成时间较晚,云层厚度明显减小,仅当边界层顶的比湿较大时,有深对流发生,但仍首先发生在干旱下垫面,考虑贯穿对流在边界层顶引起的较强冷却作用,云层厚度大于湿润下垫面。

关键词：干、湿地表初始温、湿度廓线湍流特征深对流大涡模拟

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南京地区一次降水过程湍流特征研究

南京大学学报（自然科学版） 2011年第6期47卷 703-711页

作者：杜云松彭珍张宁宋丽莉南京大学大气科学学院南京210093 中国气象局热带海洋气象研究所广州510080

利用南京大学浦口校区大气科学园的近地层湍流脉动资料及Meteorological InformationComprehensive Analysis and Process System气象数据资料,针对2008年5月南京地区一次降水过程,分析比较了降水前后的湍流强度、归一化湍流动能、近地... 详细信息

利用南京大学浦口校区大气科学园的近地层湍流脉动资料及Meteorological InformationComprehensive Analysis and Process System气象数据资料,针对2008年5月南京地区一次降水过程,分析比较了降水前后的湍流强度、归一化湍流动能、近地层通量输送和速度能谱特征.结果表明:从气象要素上看,降水临近时风速变化大,温度、气压降低明显,降水期间湿度很高.从湍流特征上看,降水时湍流强度突变增大,归一化湍流动能也变大,湍流活动增强;u、v方向动量输送-u′w′、-v′w′强度都增大,但输送方向相反,此时近地层归一化摩擦速度也明显变大;感热通量w′T′迅速减小,甚至微弱逆向输送;降水前后风速能谱惯性副区基本满足Kolmogorov的-2/3次方律,降水时u、v能谱低频段峰值频率左移明显,分析低频段峰值对应涡的尺度发现,近地层中降水前后贡献湍流能量最大的涡尺度存在很大差异.

关键词：近地层降水湍流特征湍流通量能谱

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近地层湍流特征及其在扩散模拟中的应用

高原气象 1998年第4期17卷 390-396页

作者：刘衡蒋维楣南京大学大气科学系

利用１９９４年９月北京市郊３２５ｍ气象观测塔在４７ｍ和１２０ｍ两层高度上的湍流观测资料，计算分析了城郊粗糙下垫面上近地层湍流特征量、湍流尺度和不同层结下的湍谱，得出了近地层的一些湍流特性。根据观测事实，并结合现有大气... 详细信息

利用１９９４年９月北京市郊３２５ｍ气象观测塔在４７ｍ和１２０ｍ两层高度上的湍流观测资料，计算分析了城郊粗糙下垫面上近地层湍流特征量、湍流尺度和不同层结下的湍谱，得出了近地层的一些湍流特性。根据观测事实，并结合现有大气扩散模式，对模拟应用过程中的三个假设，用观测资料进行了分析，即：（１）水平方向上的湍流脉动标准差相等，σｕ＝σｖ；（２）σｕ，σｖ，σｗ定常；（３）水平两方向上湍涡的欧氏时间尺度近似相等，即：ＴＥＵ≈ＴＥＶ。结果表明，假定（１）、（２）在中性和稳定层结下比较合理，而在不稳定层结下与观测事实有一些差别，假定（３）在三种层结条件下与观测事实基本一致。

关键词：湍流特征近地层大气扩散扩散模拟