对流边界层顶部夹卷速度参数化的模拟研究

提出一个关于夹卷速度的新参数化方案 ,即混合层顶部夹卷速度We 可由对流边界层特征量W 、θ 、zi及覆盖逆温强度 θ+ z确定 .对流槽实验模拟的测量结果证实了该参数化方案的合理性 ,并由实验数据拟合得出了参数化方案中的系数 .数值模拟结果表明此方案可直接预报对流边界层高度zi,并能很好地预报出zi 的变化过程 。

对流边界层大涡模式的改进及对夹卷速度的研究

对已建的对流边界层（ＣＢＬ）大涡模式进行了改进，将次网格闭合方案改为次阿格能量闭合，并考虑了水汽的源汇项和水汽相变潜热的作用。通过对均匀下垫面上由热扰动发展的对流边界层的模拟及与实验结果的比较表明，模式较好地模拟了对流边界层的主要物理结构，较好地反映了各物理量之间的对应关系。本文在一定的对流理查森数（Ｒｉ＊）范围内给出了一些算例，对无量纲夹卷速度（Ｗｅ／Ｗ）进行了研究。结果表明，无量纲夹卷速度随地表热通量（Ｑｓ）的增大而增大，随对流边界层上部温度递减率（γ）的增大而减小。当９．０６≤ Ｒｉ ≤ ４５．２９时，无量纲夹卷速度Ｗｅ／ Ｗ＊可以拟合成Ａ（Ｒｉ＊）－１的形式，其中Ａ＝０．２２６。并且与我们的对流槽实验结果，Ｓｕｌｌｉｖａｎ等人的大涡模拟结果以及Ｄｅａｒｄｏｒｆｆ等人的对流槽实验结果作了比较，四者吻合较好。

对流边界层发展受覆盖逆温影响的大涡模拟研究

本文运用大涡模拟方法研究了存在覆盖逆温时对流边界层顶部的夹卷过程特征,并通过敏感性试验着重分析了在此情况之下的夹卷速度参数化问题,以及风切变的作用。模拟结果表明,初始覆盖逆温改变了夹卷层的结构特征,使得夹卷层结构参数明显增大,风切变使这一效应略有增强,以往关于夹卷速度的参数化方案不再适用。分析研究表明,在有覆盖逆温的情况下,夹卷层结构参数是控制夹卷速度的关键因子,应该将夹卷层结构参数作为变量引入夹卷速度参数化方案,该方案能够很好地预报出受覆盖逆温影响的对流边界层的发展过程。

对流边界层高度预报方案的改进

基于对流边界层“一阶模型”,并考虑机械湍流和夹卷过程对对流边界层发展的贡献,提出了对流边界层顶部夹卷速度参数化的改进方案.理论分析表明,在对流边界层受热力湍流和机械湍流共同驱动的情况下,夹卷速度的参数化方案中应该包括机械湍流、热力湍流、夹卷过程和边界层顶上自由大气的逆温强度.用1979年7月美国CIRCE试验的边界层观测资料对改进后的参数化方案进行了对比验证,结果表明新方案能很好地预报对流边界层高度的演变过程.这一改进不仅使物理意义更加合理,也使夹卷速度参数化方案与实际大气状况符合得更好.