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《兰州大学》 2011年
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中尺度气象模式对西北干旱半干旱地区边界层过程的模拟研究

黄山  
【摘要】:本文主要利用ARPS及WRF两个中尺度气象模式模拟研究了西北半干旱、干旱地区边界层过程及其特征。首先由观测数据分析了SACOL站感热通量的变化特征,并对模式的模拟精度进行了验证;然后利用ARPS及WRF两个中尺度气象模式模拟分析了半干旱地区的边界层过程,并利用较高分辨率一个月的积分模拟结果分析了西北干旱地区不同下垫面条件下的边界层过程;提出一种西北干旱地区超高对流边界层可能的形成机制并进行了探讨,分析了残余层在边界层过程中的作用。 本文在观测及模拟分析中得到的结论如下: 1.SACOL站夏季的感热通量值整体大于冬季;在类似的天气状况下,夏季测得感热通量的波动要大于冬季,冬季感热通量的日变化峰值较夏季有明显的滞后性。 2.总的来看ARPS和WRF对SACOL站感热通量的模拟具有一定的精度,但二者的模拟结果有一些差别,两个模式模拟的感热通量峰值主要集中在正午12时-午后13时,白天对感热通量的模拟ARPS较WRF有着更高的精度,模拟结果更加接近观测值,ARPS模式的模拟结果曲线较WRF模式更加平滑,夜间对于感热通量的模拟ARPS较观测值有明显的偏大,而WRF则比较接近观测值。 3.半干旱区的边界层过程具有如下特点:边界层发展可分为稳定边界层——发展初始阶段——快速抬升阶段——稳定抬升阶段——对流边界层达到最大高度并逐渐衰减阶段——快速衰减阶段——稳定边界层七个阶段;ARPS模拟的半干旱区的最大边界层高度为3700m,WRF模拟的半干旱区的最大边界层高度为2700m;两个模式对比湿廓线的模拟结果都遵从大气边界层比湿分布规律,比湿的模拟结果都在0-10g/kg之间分布,且在半干旱区边界层顶附近均有逆湿现象出现;两个模式模拟的半干旱区的风廓线都遵从大气边界层风速分布规律。 4.干旱区酒泉、临泽、民乐、民勤4个模拟站点2009年7月出现最大边界层高度的时间基本为北京时17、18时,4个模拟站点普遍具有较高的最大边界层高度,4个站点的日最大边界层高度范围分别为酒泉2500-4200m,临泽2900-4800m,民乐2100-4050m,民勤3200-5250m。 5.4个模拟站点的比湿有如下共同的分布特征:在对流边界层高度以下,比湿呈近似均一或缓慢递减趋势,在对流边界层高度以上比湿随高度的变化急剧加速,比湿梯度急剧增大,向上逐渐递减至比湿几乎为0,夜间稳定边界层内有逆湿现象。 6.干旱地区相比于较湿润地区拥有着更深厚的残余层结构,进而形成了更高的最大边界层高度。 7.在没有大的天气系统作用下,西北干旱区的超高对流边界层不是一天形成的,而是通过残余层效应在一个大约3-5天的时间尺度内综合作用形成的,而干旱区的残余层本身发展变化存在一个3-5天的周期。 8.在西北干旱、半干旱地区夜间深厚的残余层结构是次日形成超高对流边界层高度的基础,对流边界层发展的高度与夜间残余层的厚度有着密切的联系,对流边界层的发展演变过程也与垂直速度场密切相关。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:P462.3

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