中国大气边界层高度特征研究及一次飓风大涡模拟试验

发布时间：2020-09-16 07:51

　　一直以来,大气边界层作为地球与大气之间物质能量交换的桥梁,人类生产生活的主要产所,与人类发展有着密不可分的关系。我国幅员辽阔,气候特征复杂多变,各个区域受气象因子以及下垫面条件等多种要素影响,不同区域站点存在着自身特点。本研究利用欧洲中心大气边界层高度的再分析资料对我国边界层高度进行了长期的气候特征分析,主要包括边界层高度的以月为尺度的季度变化、极值变化,每天两个常规观测时次的边界层高度的季节变化,并对我国大陆地区进行分区来研究边界层高度的变化情况。在此基础上,利用2010-2015年L波段探空资料对全国120个站点的边界层高度进行了统计分析。发现(1)季节变化上,春夏的振幅大于秋冬。除个别地区外,再分析资料与L波段探空资料的趋势总体类似。(2)大气边界层作为响应下垫面作用的时间尺度为一小时或者更短的大气的最低部分,其内部结构的变化或者发展受到了包括天气因子、下垫面条件、气候类型等等要素的影响,通过相关分析研究,我们认为边界层高度在20BJT与10m风和地表温度都呈现了较好的正相关性。(3)不同的下垫面条件以及气候类型都会对边界层高度以及状态造成影响。就日变化而言,边界层高度的高峰多出现在午后,西北地区及高原边界层高度的日振幅相较其他地区更大。此外,分辨率的提高一直是改进数值天气模式大气模拟能力的重要途径,研究分辨率提高有助于解决目前模式的不足,对进一步提高模式的模拟能力也具有着十分重要的意义。而通过大涡模拟更真实地分析边界层内部结构,包括滚动涡的产生机制也是很多学者关心的问题。本文除了通过再分析资料以及长期观测资料对我国边界层观测特征进行研究之外,进行了一次飓风大涡模拟试验。模拟旨在探讨由热带气旋风暴所引起的下方海温冷却对热带气旋边界层(TCBL)内涡产生机制造成的可能影响,并在此基础上分析边界层内滚轴涡旋在水平和垂直输送等方面所起到的作用。模拟试验分别采用Unified Wave INterface-Coupled Model中的海表面温度(SST)场以及NCEP-FNL全球再分析资料中的SST场进行强迫。结果表明,(1)滚轴涡旋在飓风ISAAC中是普遍存在的;且在模拟中考虑由风暴所引起的海温冷却会影响边界层稳定度参数,即当考虑SST随热带气旋发展而冷却时,边界层滚轴涡旋的产生主要由动力不稳定所引起,而反之边界层滚轴涡旋的生成主要是因为对流不稳定。(2)TCBL中的滚轴涡旋呈偏态,随着对流不稳定的增强这种偏态将随之增大。(3)强的对流不稳定会促进热量和水汽的垂直传输,而强的动力不稳定则会增加湍流动能,减弱热量和水汽的垂直输送。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：P421.3;P444
【部分图文】：

边界层,逆温层,局地变化,递减率

在采用Ｈｅｆｆｉｅｒ法获取逆温层前首先参考ＳｉｖａｒａｍａｎＣ，邋ｅｔａｌ．邋（２０１３）对二次取样后的探逡逑空资料进行三点平滑以减少由于噪声或者局地变化所引起的虚假层次的识别。在此基础上逡逑定义位温递减率连续超过Ｏ．ＯＯｌＫ／ｍ的具有一定厚度的层次为逆温层。如图２．４右黑色短逡逑虚线及短点线分别表示依次判断的多个逆温层的底部与顶部，并对所获取的逆温层进行判逡逑１４逡逑

位温,递减率,黑色,边界层

浙江大学硕士学位论文逦资料与方法逡逑另！１，当第一次遇到某层内的位温与其层底的位温差大于２Ｋ时，确定其为边界层高度，如逡逑图２．４黑色长实线所示。若没有逆温层符合上述要求或者所获取高度大于５ｋｍ时，则取位逡逑温梯度最大的层次作为边界层高度。逡逑ＰＢＬ邋ｕｓｉｎｇ邋Ｈｅｆｔｔｅｒ邋ｍｅｔｈｏｄ邋ｆｏｒ邋５８４５７邋２０１２０４１６００逡逑Ｐｏｔｅｎｔｉａ丨了ｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋Ｌａｐｓｅ邋Ｒａｔｅ邋＜Ｋ／ｍ＞逡逑－０邋０４０逦０邋０００逦０邋０００逦０邋０２０逦００４０逡逑Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦息逡逑５０００邋－逦／逦ｔ：：，逦－逡逑／逦ｑ逡逑４０００逡逑Ｊ逦／邋ｉｒ逡逑０逦３０００逦／逦ｙ逦－逡逑１逦ｉ，逡逑至姞－／逡逑／逦ｇＳｎ；；：：：：；：：：逡逑ｌｏｏｏ邋－逦／逦＜５逦逦逡逑ｏｊｉｉ，逦－逡逑２８０逦３００逦３２０逦３４０逦３６０逦３８０逡逑Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ邋Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（Ｋ）邋［ｓｏｌｉｄ］逡逑图２．４边界层位温及位温递减率廓线（标题包含站点以及观测时间，蓝色实线表示位温，红色虚线表逡逑示位温递减率，黑色虚线表示位温递减率连续超过０．００５Ｋ／ｍ的底，黑色点线表示位温递减率连续超过逡逑０．００５Ｋ／ｍ的顶，黑色实线指示边界层高度位置）逡逑２．２．４总体里查逊数Ｒｉｂ法（稳定条件下）逡逑总体里查逊数见６是描述两层高度间垂直稳定度的无因次量。它代表了热力湍能产生逡逑率的负值与机械湍能产生率之比。要注意的是

位温,边界层,实线,黑色

【参考文献】