大涡模拟方法在非均匀边界层研究中的应用

首先回顾了大涡模拟方法在边界层研究中的应用 ,总结了该方法在非均匀性研究中的概况。然后 ,用大涡模拟方法 ,并且启用陆面模块 ,模拟了真实下垫面条件下地表热量通量和动量通量的分布和边界层气象场 。

白洋淀地区非均匀大气边界层的综合观测研究——实验介绍及近地层微气象特征分析

介绍了国家自然科学基金重点项目“地表通量参数化与大气边界层过程的基础研究”在河北省白洋淀地区进行的两次综合观测实验（时间分别是2004年11月16-22日和2005年9月8～27日），这两次实验获得了大量宝贵的资料，全面深入的资料分析正在进行中。此文主要限于白洋淀地区水陆不均匀地表近地面层微气象特征的分析。结果表明：陆地上近地面层的气温日变化比水域上的大，而风速比水域上的小，其中9月份陆地上白天的气温比水域上的高，夜间比水域上的低，11月份两地白天气温接近，但夜间陆地上的气温明显偏低；无论是9月还是11月，水域上近地面层都是以下沉气流为主，而陆地则在中午前后存在弱的上升运动；9月份，两地的近地面层短波射入辐射比较接近，但水域上的短波射出辐射比陆地上的大；长波射入辐射则是陆地比水域的大，而长波射出辐射则是水域的比陆地的大；两地的净辐射白天接近，夜间水域地区负的净辐射值明显比陆地的大；9月份，水陆两地的感热通量相差不大，为150～200W／m^2，而潜热通量比感热通量大，天气晴朗时可达到300W／m^2；11月份，陆地的感热通量比潜热通量大，为100-120W／m^2，而水域地区的感热通量则与潜热通量相当；两地的潜热通量相差不大，一般不超过50W／m^2。无论是9月还是11月，水域地区夜间都存在水汽向下输送的逆湿现象，而陆地只在9月份存在逆湿现象。2005年9月份的水温观测结果表明，白洋淀水体平均温度比水表平均温度明显偏高，而且日变化幅度很小，水表平均温度则日变化较大。

大气边界层的研究——从均匀到非均匀

主要从理论、试验角度对大气边界层的研究进行了简要的回顾,尤其对近年来倍受关注的非均匀地表条件下的边界层研究进行了较详细的介绍,并对大气边界层的研究进行了展望。20世纪50年代,Monin和Obukhov提出的Monin-Obukhov相似理论,为现代大气边界层物理学奠定了基础。之后进行的多次大型综合性外场试验,不仅揭示和发现了大气边界层中的许多现象和规律,也验证和发展了Monin-Obukhov相似理论。80年代以后,非均匀地表条件下的大气边界层研究越来越受到关注,一些新的现象被揭示,新的问题被提出,同时也提出了一些新的概念和研究方法。未来10 a,除大气湍流机理等需长期坚持研究外,还应进一步开展非均匀复杂下垫面边界层研究、城市边界层研究和局地边界层气象预报研究。

一个新的Ekman泵公式在大气边界层Ekman垂直速度计算中的应用

利用GCM模式资料和Tan最新得到的具有复杂边界的层结大气边界层的Ekman泵公式 ,计算了大气边界层顶的Ekman垂直速度。结果表明 ,除青藏高原外 ,一般地区的大气边界层顶垂直速度的量级为每秒零点几厘米。在青藏高原地区 ,大气边界层顶的垂直速度可达每秒几厘米的量级 ,其分布类型在冬季和夏季显著不同 ,与该地区的盛行风系紧密相关。将新的Ekman泵公式的结果与经典的Ekman泵公式的计算结果进行比较 。

非均匀地表的湍流通量和掺混高度

叙述了掺混高度的概念及运用。利用大涡模拟作为手段,研究了地表平坦但地表热通量非均匀情况下的掺混高度。考察了地表热通量非均匀性尺度、风速以及非均匀性强度对掺混高度的影响,发现掺混高度是否存在以及高度受非均匀尺度和风速大小的影响非常明显,受非均匀性强度的影响不明显。若规定掺混高度出现在垂直湍流热通量水平涨落的标准差减为地表感热通量标准差5%的高度,这时掺混高度可以拟合为Zb=C1wmw′Θθ′0sfc.LhaUetebro,其中a=1.266,b=0.854,Cwm=3.205×10-3。