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《兰州大学》 2007年
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白洋淀地区水陆非均匀下垫面上大气边界层特征的数值模拟研究

黄鹤  
【摘要】: 首先,利用中尺度气象模式ARPS对非均匀下垫面上大气边界层结构进行了多组敏感性实验,成功的再现了海陆风环流,湖泊风环流,沙漠绿洲环流以及水平过山气流的典型特征,并较为全面的揭示了复杂下垫面上大气边界层内风、温、湿度场与陆面相互作用的物理机制。通过敏感性实验,验证了模式对复杂地表特征的处理能力,肯定了模式对非均匀下垫面上大气边界层结构特征的模拟能力。在此基础上,利用模式对白洋淀地区水陆非均匀下垫面上大气边界层结构及发展过程进行了模拟,给出了该地区边界层内温湿特征、环流特征、辐射特征和湍流特征完整的物理图象,并初步揭示了影响该地区特殊温湿结构的物理机制。 主要结论:在下垫面敏感性实验中,由于海洋与陆地、湖泊与陆地、沙漠与绿洲之间热力差异和动力差异,在非均匀地表的过渡带上空均能形成局地环流,在海洋、湖泊和绿洲上空形成“冷岛效应”,且不同尺度的湖泊和绿洲形成的局地环流特征不尽相同。由于地形的阻挡和强迫抬升作用,使得水平均一过山气流在水平方向上产生辐合辐散,垂直方向上产生上升或下沉运动。同时造成垂直方向的位温扰动,使同一高度上迎风一侧的大气温度较高 在白洋淀大气边界层结构的模拟研究中,晴空弱背景风场条件下,水域上空相对于周围大气是个冷源,形成“冷岛效应”,水域上空大气湿度小于周围陆地。在水陆相邻处上空可以形成与海风强度相当的局地热力环流系统,是影响白洋淀地区近地面层水汽分布的主要因子,而湍流混合作用则是造成陆地高空大气温湿度高于水域的主要原因。水陆两地区的短波辐射比较相近,但水域地区略大,可能原因是由于陆地上空大气湿度大。而短波反射辐射和净辐射均是水域高于陆地。陆地上的长波入射辐射和反射辐射均比水域上的大。日间,陆地上空的湍流运动剧烈,水域地区湍流运动相对较弱,前者是由于陆地地表温度高,在近地面层形成超绝热不稳定,另外环流的上升支有利于湍流的发展,而后者可能是由于水面温度低,近地面层大气相对稳定,环流的下沉带来的高空冷干大气,增加了水域大气稳定度,从而抑制了湍流的发展。强背景风场条件下,冷中心位置向下风方向漂移,局地热力环流和湍流发展受到抑制,只有在背景风场上风方向产生弱的环流系统。此外,弱背景风场条件下,环流强度与湍流发展之间具有某种反馈机制。而强背景风场条件下,环流不仅可以影响近地面层水汽的分布,还可以通过削弱背景风场从而影响湍流发展。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:P435

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【引证文献】
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