文档介绍：兰州大学
硕士学位论文
中尺度数值模式大气边界层多尺度特征模拟能力分析与研究
姓名:张宇
申请学位级别:硕士
专业:大气物理学与大气环境
指导教师:张文煜
20100501
摘要水平分辨率的提高是改进数值天气模式大气模拟能力的重要途径,研究分辨率提高对气象数值模式模拟能力的影响对于解决目前模式的不足和进一步提高模式的模拟能力具有十分重要的意义。本文从分析高水平分辨下数值模式再现大气运动多尺度细节这一较新的角度来探讨这一问题。文中利用年略谖国内蒙古奈曼旗农牧交错带进行的国家芯考苹拔夜蠢瓷婊肪逞荼浜北方干旱化趋势预测研究”大气边界层观测试验数据。首先分析该地区的边界层大气运动基本尺度细节特征。然后应用谐叨仁的J剑訬治鲎柿衔3跏汲『捅呓绯。杓埔桓鼍胖嵌套的数值模拟试验,提取不同分辨率下、⒖凇气象要素的模拟结果,并应用谱分析、小波分析等方法探讨不同分辨率下的模拟能力差异。最后应用定,而风的多尺度特征较弱且更不稳定。天气变化在尺度分析中表现为中小尺度冗余分辨率,在这些分辨率上模拟结果并不会有显著改变。此外随着分辨率的提高数值模拟结果的整体可信度也越来越低,单纯的提升水平分辨率对改善大气模拟效果的影响有限。在各个试验方案下模式对自由大气的模拟能力都要强于低层大气。数值模式对尺度特征较强的物理量如温度等在各分辨率和参数化方案下的化方案间模拟结果较为接近。各边界层参数化方案在高分辨率下都能够在不同程中尺度数值模式,在同一地区以分析资料为初始场和边界场,设计三个四重嵌套的数值模拟试验,每个试验采用不同的边界层参数化方案。提取不同参数化方案下风分量和温度哪D饨峁⒂τ闷追治觥⑿〔ǚ治龅确椒ㄌ教植煌案下的模拟能力差异。研究结果表明:实际大气运动中存在多尺度特征,不同物理量的尺度特征表现有较大差异,温度等受外在周期因子影响较直接的物理量尺度特征更明显稳的突变信息,而且能在大尺度特征上增强或抑制局部特征信息。数值模式在高分辨率群组和低分辨率群组中都存在冗余分辨率,具体的冗余分辨率要视模拟对象的尺度特征而定。本文研究中除接近、和獾乃椒直媛识嘉模拟结果都较好,而特征较弱的物理量如风等则较差。采用相同基本理论的参数
度上再现观测中出现的尺度细节特征。但从整体上看各方案的模拟能力普遍不于实测。边界层数值模拟结果中较大尺度特征信息要强于实际观测中的相同尺度特征信息,而较小尺度信息则比实际观测要弱。关键词:,笃呓绮悖追治觯〔ǚ治强,对边界层风的模拟能力犹弱,不过白天的模拟结果相对好于夜间。模拟所得的风廓线随时间的演变要明显比实测更加剧烈,模拟出的风廓线风速也要普遍大
甌....瓸【疭猻,甌疭—瓺G杀,瑆,..,’,瓸甊篤
甌甀甌:,,.,’.,.瑆,
丛孑论文作者虢原创性声明本人郑重声明:本人所呈交的学位论文,是在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等,均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外,不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人本声明的法律责任由本人承担。和集体,均己在文中以明确方式标明。同
导师签名:盐塞俎做作者躲鹾孝关于学位论文使用授权的声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品,知识产权归属兰州大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定,同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版,允许论文被查阅和借阅;本人授权兰州大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用任何复制手段保存和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时,第一署名单位仍然为兰州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。同期:
第一章绪论研究意义本章主要对本文的研究意义和前人在相关领域内的研究作简要介绍,并在结尾部分给出本文的主要研究内容和文章结构。大气边界层位于地球大气的最低层,与人类活动和地表状态密切相关,其基本特点就是运动的湍流性。不同下垫面沙漠、土壤、植被、城市、水面等有不同的物理性质,它们的辐射性质、热容量、含水量、粗糙程度等均不相同,于是各规律的一个主要因子。各种基本的周期律在大气中尤其是边界层内,受复杂的环气象领域内的热点。边界层大气的复杂多变,使得高水平分辨成为边界层模式的重要发展方向。一些边界层专有的模拟技术如大涡模拟等都具有很高的分辨率,平范围在几百至上千公里诘奶炱浠V鳎淠诓堪院芏辔锢砉探描述的控制方程和参数化方案,受限于计算机能力和模式内部的协调,很难对每一个过程都做到精细描述。中尺度数值模式水平分辨率是影响其计算结果的主要因素之一【,从最初的几十公里到现今的十公里经过了几十年的发展,模拟能力自对大气运动产生的动力影响和热力影响就会造