文档介绍：兰州大学
博士学位论文
不同下垫面上行星边界层对流的数值模拟研究
姓名:黄倩
申请学位级别:博士
专业:大气科学大气物理学与大气环境
指导教师:张镭;John
20081101
摘要边界层对流在热量、水汽、动量以及气溶胶的传输中起着重要作用。不同的下本文利用一大涡模式D庋芯苛似教沟匦紊媳呓绮愣粤骶硇纬珊拖⒌牡热力对流活动的影响。最后在极端干旱的沙漠地区,用J侥D饬巳龉作用为深对流的发展提供有利地点,而且它本身也可以触发深对流。本文利用英国和减小眯ǎ悄D夂凸鄄獾拇怪彼俣瘸【,而且模式能较合理地模拟出实测的边界层对流卷。利用此模式我们还考察了对流卷的形成对地表热通量和地转风切变值的大小依赖关系。模拟的个例结果显示对流卷维持所需要的地表热通量的上限是由于模式运行所需的自时,有对流卷形成。模拟结果还表明,当垫面不仅影响空气中的物理特性,而且还能影响边界层对流的形式及其发展高度。边界层对流卷是平坦地形上较常见的边界层对流。当控制深对流触发的中尺度辐合较弱时,边界层对流可以触发深对流的发生。地形的变化能改变边界层的气流,如在起伏不平的山地,对流的分布往往是由迎风坡的坡度和宽决定的。而在极端干旱的沙漠地区,较强的地表感热通量引起的深厚边界层干对流使沙漠地区夏季的边界层厚度可以达到陨系母叨取I詈竦谋呓绮愣粤鞫陨吵镜拇湟灿兄匾S跋臁表热通量和风切变的条件,比较了对流卷和非对流卷在深对流的触发中的不同。还选取了一实际的半干旱复杂山区用复杂地形上的边界层模式诓煌天气条件下模拟研究了半干旱山区上空的垂直速度场分布和对流特征以及地形对漠地区特有的边界层结构,并探讨了非均匀的地表热通量对撒哈拉对流边界层和撒哈拉残留层、以及对流边界层到残留层之间传输的影响。边界层中有不同形式的对流活动。而水平对流卷是边界层中普遍存在的对流形式之一。它在深对流的触发中起着重要作用。对流卷不仅可以与中尺度辐合带相互气象局的三维大涡模式D庋芯苛薙外场试验期间展鄄獾乃蕉粤骶怼DD獾谋呓绮惚淞坑胧挡獾探空廓线和飞机观测结果相比,尽管模拟的虚位温和水汽混合分别比观测的大旋畊时间的限制,我们无法判断对流卷维持所需的地表热通量值的下限当边界层风切变大于兰州大学研究生学位论文’
层高度和对流速度尺度的无量纲量绯赋有关。我们还对垂直速度场和余弦芤籞辍保粤骶砜J枷ⅰU飧隽俳缰档拇笮∮氚缜斜洹⒍粤鞅呓抑制能量烈拇笮∮兄饕9毕祝跏计樘嫖虏愣サ墓潭訡的变本文还利用高分辨率的数值模式鬝游鞅钡厍∪×艘皇导实子。当地转风速较大时骱苋菀自焦郊梗匦沃亓Σㄈ菀自谏降另外还分析了复杂地形上空热力对流的特征。结果显示,模式积分后,有对流卷在山脊的周边产生;模式积分后,一些强度较弱的对流卷开始消失或者与其它的对流卷合并,而且对流卷的波长也有所增加。另外,在大气静力稳定度较小时,对流卷的强度也较强。因此对流活动在稳定度较小时可以延伸到更高的高度。如果对流上升运动正好与重力波相拌的上升运动区相合,在此区域内的垂直上升运动将得到加强。相反地,如果对流上升运动正好与重力波相伴的下沉运动区相重合,在此区域内的对流上升运动将受到抑制。重力波除了与对流活动相耦合,使气团上比函数进行了二维相关分析,,我们比较了边界层对流卷和非对流卷的个例粤骶砗头嵌粤骶淼氖笛橹校朔绾头缜斜洳煌渌D馓件都相同=峁砻鳎诙粤骶砗头嵌粤骶淼母隼校浅跏计榈谋浠远粤化影响较小。另外,非对流卷具有较强的湿上升气流,而在对流卷中上升和下沉运动的分布较对称,而且它的下沉气流比非对流卷的强。因此非对流卷具有更小的担馐狗嵌粤骶淼脑贫ジ叨冉隙粤骶淼脑种涌J荚黾印6粤骶淼母例中云层的加深较非对流卷的迅速,从而使两者的云顶高度约在同一时间达到最大复杂山区进行了一系列的理想数值模拟。分析了在不同天气条件下煌拇蟪叨地转风和大气静力稳定度下角峡盏拇怪彼俣瘸》植己投粤魈卣饕约暗匦味匀力对流活动的影响。模式结果表明,当地转风速较小绶缢傥。的情况数小于的情况奶跫拢魍簧椒遄枞谟缙略成地形强迫和辐合性抬升,从而易在迎风坡触发深对流活动;在背风坡则由于迎风坡的绕流重新辐合而造成垂直运动。绕流的辐合是触发深对流活动的另一重要因下游被激发。.。兰州大学研究生学位论文
的丝或坳饫颩和直鹗堑乇砣韧亢腿惹匠叨鹊脑龃蟊妒瑄是叨壬系某跏挤缢。对应的示踪物浓度的垂直廓线表明,粤或坳增大升到较高的高度外,如果重力波的走向与对流卷的走向夹角不大时,重力波对对流卷走向的影响较显著。因此我们认为重力波的走向很可能会影响到深对流系统的传实测结果表明撒哈拉对流边界层鑫肴龉乇矸凑章史植疾区地表热通量但减少热区周围的地表热通量时,导致对流边界层变冷、厚度减小