大气边界层参数化方案在核电厂址扩散参数计算中的应用研究

在核电厂环境污染影响评价、环境质量管理、应急等工作中,需对核电厂排放的放射性污染物在大气中迁移扩散特征进行评价,而扩散参数是核电厂环评、设计、应急相关评价软件中重要的参数。由边界层参数化方案计算扩散参数的方法应用较为普遍,文章对两种常用大气边界层参数化方案在核电厂址扩散参数计算中的效果进行了讨论。与核电厂址湍流观测数据的比较显示:Mellor-Yamada 2层方案模拟结果具有较好的相关性,但方差更大;Hanna方案模拟结果相关性相对较弱,但其方差也较小,在应用中可根据两种方案各自的特点选用具体的扩散参数计算方案。

利用尺度自适应大气边界层湍流参数化方案对一次陆地浓雾的数值模拟

为提高大气数值模式的模拟能力,改进大气边界层水汽、热量湍流输送计算和大雾天气的模拟效果,选用WRF三维非静力模式,采用具有局地和非局地垂直湍流尺度自适应计算能力的MYNN_SA参数化方案,对2017年12月28—29日我国华北—江淮地区的大范围浓雾过程进行了数值模拟研究,探讨从中尺度到灰区尺度分辨率范围,模式的尺度自适应大气边界层湍流参数化方案对稳定大气边界层发展、湍流输送和大雾天气模拟的影响。利用中国地面气象站观测资料和ERA5再分析数据,在接近灰区尺度的网格分辨率上,利用尺度自适应大气边界层湍流MYNN_SA参数化方案较之中尺度参数化MYNN方案,可明显改善次网格湍流输送计算,以及陆地浓雾的强度、空间分布和时间演变特征,可更精确地模拟云水混合比、逆温层和雾区的垂直结构。

塔克拉玛干沙漠腹地大气边界层参数化方案的模拟评估

沙尘起沙、沉降、传输均受到沙漠地区大气边界层条件的制约。沙漠地区观测资料匮乏,限制大气边界层模拟效果的检验和评估。利用WRFV3.7.1中尺度数值模式中5种边界层参数化方案(ACM2、BL、MYJ、MYNN2.5、YSU),模拟2014年4月塔克拉玛干沙漠大气边界层特征,并与塔中80 m塔及风廓线雷达晴朗天气下的观测资料对比分析。结果表明:5种方案均能模拟出近地面气温及地表温度,边界层高度,感热、潜热、地表热通量的变化趋势,但未能模拟出边界层风速的日变化趋势,温风湿廓线能较好的反映晴日沙漠地区边界层结构的变化特征,但未模拟出风速随高度变化趋势。沙漠地区下垫面干燥,热容量低,晴天极易形成对流不稳定边界层,非局地湍流参数化方案,ACM2方案是沙漠地区大气边界层模拟较为合理的选择。

古尔班通古特沙漠大气边界层参数化方案的模拟评估

为准确描述我国最大的固定/半固定沙漠—古尔班通古特沙漠区域的大气边界层结构,利用该沙漠腹地2017年的梯度铁塔和通量观测数据,基于中尺度气象模式WRF(Weather Research and Forecast v3.7.1),分析了5种边界层参数化方案在古尔班通古特沙漠的适用性。结果表明:(1)采用WRF模拟沙漠腹地近地层内的边界层特征时,2 m气温的模拟存在冷偏差,5种边界层参数化方案均能较好地模拟出4个季节2 m气温的日变化特征,其中非局地方案ACM2(Asymmetric Convective Model version 2)对2 m气温效果最好,局地方案BL方案的模拟偏差最大。(2)5种边界层参数化方案均能够模拟出10 m风速的日变化特征,其中局地方案BL(Bougeault-Lacarrere)对10 m风速效果最佳。(3)采用WRF模拟沙漠近地层内的地表通量特征时,感热通量存在高估现象,潜热通量存在低估现象,5种边界层参数化方案均能较好地模拟出四个季节模拟时间段内地表净辐射通量的日变化特征,其中局地方案MYJ(Mellor-Yamada-Janjie)的模拟精度最高。

西北电网风场数值预报的大气边界层参数化方案适用性

精准的风速预报是风电功率预测的基础,风场的预报评估是提升风电功率预测水平的有效途径之一。基于中尺度数值天气预报模式(weather research and forecast,WRF),采用风险评分、相关系数及均方根误差等定量分析指标,结合西北电网数值预报结果,开展6种大气边界层参数化方案的适用性研究。结果表明:YSU(Yonsei University)方案预报的地面纬向风平均相关系数最高为0.87、均方根误差最低仅1.0 m/s,且地面经向风、850 hPa和500 hPa高度场、以及500 hPa风速预报效果均最优,是提升西北电网风场预报的最优边界层方案。本研究为西北电网风场(以及其他气象要素)预报效果的提升指明了方向。

青藏高原冻土区高寒草甸能量分配及蒸散发影响因子

高寒草甸的能量分配和蒸散发对青藏高原多年冻土区水循环至关重要。然而,能量分配、蒸散发及其驱动因素的季节变化(冻融循环)仍需要明确。因此,本研究在位于青藏高原风火山流域的高寒草甸进行了为期4年的能量通量(包括潜热和感热)观测,并估算了大气边界参数(包括表面导度,解耦系数和Priestley-Taylor系数)。研究结果表明,研究区日均潜热(27.45±23.89 W/m^(2))和显热(32.51±16.72W/m^(2))分别占可利用能量的31.71%和50.14%。在降雨期,更多可利用能量被分配到潜热;而在冻结期,67.54±28.44%的可利用能量分配给显热。显热在降雨期间是潜热的一半,而由于冻结期较低的土壤水分含量及植被盖度,显热在冻结期间是潜热的7倍。研究区年均蒸散发为347.34±8.39 mm/year,接近年均降水量。较低的日均解耦系数(0.45±0.23)和Priestley-Taylor系数(0.60±0.29)表明高寒草甸的蒸散发受水分供应限制。然而,在降雨期由于降水充足,蒸散发受到可利用能量的限制。在过渡期,蒸散发和降水之间存在较大差异,表明在该季节上游冰川和雪的融水通过侧向流动补给到土壤中。本研究的结果表明,在未来模拟多年冻土区水和能量通量时应考虑大气边界参数的季节变化。