PDF《稳 定大气边界层结构演变 的数值研 究》

第l1卷第1期

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9 1 年3 月气泵学SC

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1 A M ET E ORO LOG I CA SI NI CA 稳定大气边界层结构演变的数值研究 周竞南(声京气 象学 院)提要No.

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9 1 本 文应 用 二阶矩 司合模 式 研究 了不同的下 垫面 降 温情 况下 稳定大 气边界 层结 构的演变过程.结 果表 明 t下 垫面 降温 不同,稳 定大 气 边界层 内 平均 位温 廓线的滴变 规 律也 不同,风廓线和 脉 动量 廓 线也 相应 地 变化 . 影 响温 度廓 线演 变 的园 子陈 了 揣流 扩散 作用 以外 , 还有 由于 端流 交换 作用在垂 直方向的非 均 匀分 布而产 生 的娄似 垂直 平 流作 厢 的输 送项.者下垫面经 过 一段 时 间的 明显 降温 后 降温 停止 或 很少 ,则这揄送怍用 能 改变 位 温廓 姨斜 率在 垂 直方 向上 的分 布规 律.即由 抖窜在垂直方 向的单 调变化演变 为 菲单 调 变化 .

一、引言稳定 气边 界层与对 流大 气边界茁相 比, 湍漉强度弱得 多,下 垫而温度的变 化需要 几到 十九个 小时才能影响 整个稳定l 大气边 界屡, 因此, 相对 于大 气边 界层 演变 的时 间尺度(1 O '

- -

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5 秒 )而 言, 稳定大气边界层对下垫而温度 变化的响 应很难在较短的时间内达到 准平衡状态 .相反这 种响应在稳定大气 边界层的 整个演 变过程 中一直在进行着.wy n g g a r d (1

9 7 5)利用二阶矩摸式研究稳定犬 气边界层结构的演变 时指出;

在下垫面降 温率为常数时,经l 过2―

8 小时湍 流高度 几乎不 变,湍流结构也基本趋于稳定.这仅是 椰t的平 衡态 . - 平均 量 仍处 在 演变 过程之中. 在Brost犯Wynggard(2](1

9 7 8)的数 值试验中可以明显看出: 当降温率为 l k / h r

1 0 小J 时的温度 廓线 和 5小 时 的温度廓线有明显区别 (见该文 图2 ) . . 若下垫面降温率随 对 间变小 ,则 温度 廓线的变化就更加明显 (见Br o s t 和w yn g g a r d(

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7 8 ) 文 中图(

2 )). 因此 , 下垫 面温眨变 化对稳定火 气边界层结构的演变规律起着 重要作用 . 研究这种相互作 用的机 制,对 于了解稳定大 气边界层结构的演变;

过程具有重要意义 . 本文 应用二阶矩闭 合的大 气边界层模式对在不 同下垫面降温情况下稳定大 气边 界屠结 构的演变 作 了数 值研究.并对其结果进 行了理论 分析.1989年H月 l 了 日收到

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9 0 年 s月2

9 收到修 改稿 . 维普资讯 http://www.cqvip.com

1 期周竞南 - 稳定大 气 边界 层结 构 演变 的数 值研 究

二、模式的建 立89 在稳定大气边 界层 内,长 波辐射对 稳定大 气边 界层 结构起着不容 忽视的作用 .但是 ,本 文为 了能突出下垫 而降温与稳定大气 边 界层 间的相互 作用, 仿照Wyn g g a r d (1

9 7 5) 和Brost~Wy n g g a r d(1

9 7

8 )的 做法,不 考虑 辐射 .在水 平均 一的气流中, 平均风速:(u , v , O ) 和平均位温 ( 0)满足方程;

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f(u一i)一杀()(2)=一寺(_, ) ∽) 其中f 为柯 氏参数 .u 、 分别是 向东和 向北的地 转风分 量.带撤量为 脉动量 . 为了闭合(1)~ (3),建 立二阶矩控制方程 a ( u u f) at + + + c 面= 一露++u e )

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