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高阶矩模式模拟对流边界层的可行性研究

口前,大’i;塑界甚格点摸式规纳起来可分两类:(1)系综平均(ensembIe average)模式,(2)区域平均(v01ume average)模式,由于区域平均模式需要大量的计算时间。因此,在这两类模式中更受欢迎的是系综平均模式。利用系综平均模式模拟大气边界层的演变巳取得巨大成功。六十年化≯到七十年代初主要采用一阶系综平均模式。其中最常用的是K模代,但是由于K模j=I:无法模拟对流边界层内出现的反梯度现象和边界层顶的挟卷现象。因此,高阶矩闭合模式彳。区域平均模式应运而生,而且很好地模拟了对流边界层的结构([)eardaff㈣(1974),Andre etal(2)(1978))。但是,高阶矩闭合模式和一阶矩闭合模式一样,郝受“湍流尺度和平均量尺度相比小得多”的条件制约。而在对流边界层内,由于热力因子的作Ⅲ,湍流尺度几乎;.口对赢边界层顶高度量级相同。这提醒我们:高级矩闭合何以取得如此大的成:叻?在目前计算条件有限的情J,T...  (本文共14页) 阅读全文>>

《大气科学》1989年01期
大气科学

一个直接考虑大涡、小涡作用的大气对流边界层模式

一、引言 由于在大气边界层中大气与下垫面有着.强烈的相互作用,它的风、温和水汽场相当复杂,因此,若人们要较精细地建立大、中尺度数值预报模式,就必须对边界层作较精细的处理.就大气对流边界层而言,描述它的模式基本上可分为四类.其中的二类为高阶矩模式I’,’l和大涡旋ls.‘]模式,此二类模式描述对流边界层的功能很强,但它们所需的计算量很大,因此很难应用于大、中尺度数值模式中.另二类模式是涡扩散模式仪’l和夹卷模式15.91,这二类模式的结构简单,它们所需的计算量较高阶矩模式小二个量级左右.但是,涡扩散模式不能描写对流边界层中的反梯度扩散现象,夹卷模式虽然能描写这种现象,但它完全略去了近地层之上相邻气层之间直接的相互作用,且隐含地引人了涡旋中物理属性为保守的假定,这显然与实际情况有很大的差别. 本文中,为了更好地描写大气对流边界层,在所需计算量与夹卷模式和涡扩散模式相当接近的条件下,我们将不引人涡旋中物理属性是保守的假定,而直接考虑大...  (本文共10页) 阅读全文>>

《海洋学报(中文版)》1989年01期
海洋学报(中文版)

论海洋大气对流边界层廓线的相似律预告

_Monin一Obukhov相似理论“’的应用为海洋和陆面近地层大气湍流结构的研究作出了重要的贡献,使人们有可能应用相似理论得到的半经验关系式求解不同层结条件下近地层大气的通量廓线关系,再由平均廓线去确定各种湍流通量.随着陆地和海洋大气边界层野外试验资料(Wangara1967年试验、Kansaslo6s年试验、Minnesota年1973试验以及AMTEX1974、1975年试验)的陆续发表,为Monin一Obukhov相似理论在全边界层进一步推广应用提供了基础,利用大气边界层的外参数和内参数来求取地面或洋面湍流通量的阻尼定律相继诞生.但是,其中反映大气层结的普适函数仍很离散,随着广义相似性假设的进一步应用,这些普适函数的离散程度得到了一定的改善.本文将从另一方面即应用局地自由对流相似性假设,求取不稳定层结条件下海洋大气边界层内风、温.湿廓线的分布. 文内使用的资料取自TOGA计划中美考察第二航次(1986,n一1987,2)...  (本文共8页) 阅读全文>>

《科学通报》2019年15期
科学通报

干旱区夏季晴空期超厚对流边界层发展的能量机制

大气边界层是气候系统热量、动量和物质交换与输送的关键环节,也是人类活动和大气污染稀释扩散的主要区域[1],无论气候变化还是大气环流调整均与大气边界层过程密切相关[2~4].尤其,在灾害性天气气候的形成和演变过程中大气边界层也往往扮演着重要角色[5].所以,对大气边界层特征及其形成机理的研究一直是地球科学的热点,对大气边界层物理过程的参数化也是目前改进大气数值模式的重要方向之一[6,7].地球大气边界层一般按照稳定度类型分为中性边界层、对流边界层和稳定边界层[8,9].其中,中性边界层主要出现在有浓厚云层的大风天气及清晨和黄昏时的大气条件转换期,能够维持的时间很短暂.实际大气中多为夜间稳定大气边界层和白天对流大气边界层.夜间稳定边界层主要由夜间地表辐射冷却形成,整体为逆温层结,湍流运动很弱,对大气动量、热量和物质的输送传递作用十分有限.而白天对流大气边界层主要由白天太阳对下垫面的加热作用形成,其整体为不稳定层结,湍流运动旺盛,感热...  (本文共14页) 阅读全文>>

《环境工程》1986年03期
环境工程

对流边界层中的湍流扩散

烟气在大气边界层中的近距离扩散,经过数十年的研究,已有一套完整的模式,这些模式均以高斯(正态)模式为基础。然而,关于凤速较小,日照较强的条件下的扩散—即对流边界层中的扩散,直到近几年才有了较为深入的了解。八十年代初,产生了对流边界层中近距离扩散的模式。这些模式都抛弃了垂直方向正态分布的假定,而把垂直升降气流作为扩散的出发点,和现场观测数据以及实验室数据比较,一致性甚好。 一、对流边界层模式简介 根据观测事实,当地面有向上的热通量时,边界层上界处一般有一个逆温层的顶盖 (图1),此即为热对流到达的高度‘逆温挟造成一个负的(向下)热通量,它和地面正的(向上)热通量一起,造成对流边界层的增温(图2) 又,对流边界层上界不但有温度的跳跃,亦有风速的切变(图3)[‘,,[“]。 对流边界层中存在着上升气流和下沉气流,对于垂直方向上的近距离扩散,它们起着决定性的作用。对流边界层,即为污染混合层。r沪一尹 .口,,日(t).…鱿盆十占0-l-...  (本文共4页) 阅读全文>>

《气象学报》2011年06期
气象学报

西北干旱区对流边界层发展的热力机制模拟研究

1引言大气边界层是大气对地表响应最显著的区域。地表是水汽与沙尘气溶胶的重要来源,人类活动排放的各种污染物也主要发生在近地面层;这些物质经由湍流输送进入大气边界层中上部,再经由垂直运动进入到自由大气中,对全球气候产生重要影响。大气边界层也是重要的耗散区,大气动能在此层中经由湍流转化为热能。一般认为,大气总动能仅可维持大气运动1—3周,正是由于太阳辐射才使大气得以不断运动;发生在大气边界层底部的感热与潜热交换是大气获得热量的重要方式(丑纪范,1990;丁一汇,2005;赵鸣,2006)。一般认为,对流边界层的典型高度为1—2km。然而,张强等(2004,2005)、Zhang等(2005,2006)发现,在敦煌干旱区夏季对流边界层极值可达4km高度,冬季也可接近1km。在沙漠地区也有发现对流边界层可以超过4km(Stull,1991;沃纳等,2008;Han,et al,2008)。对于这种超高对流边界层产生的原因,Zhang等(2...  (本文共9页) 阅读全文>>