高影響天氣形勢下的地-氣通量估算的研究

《高影響天氣形勢下的地-氣通量估算的研究》是依託南京大學，由彭珍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高影響天氣形勢下的地-氣通量估算的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：彭珍
• 依託單位：南京大學

項目摘要

本項目主要利用高頻湍流觀測資料，研究高影響天氣系統過境時地-氣通量的輸送過程。從守恆方程出發，探討方程中局地存貯、水平平流和垂直平流過程對地-氣通量的貢獻；同時對守恆方程中的湍流輸送項，充分考慮湍流的複雜性和多尺度特性，將湍流信號分解成均勻各向同性的高頻信號、非均勻各向同性的中頻信號（主要是相干結構）和低頻湍渦，對不同尺度的湍流信號，採取不同的算法估算其通量貢獻，從而達到提高湍流通量計算精度的目的。在上述研究的基礎上，發展適合高影響天氣系統過境時的地-氣通量計算方案。以上工作有望能夠揭示高影響天氣形勢下近地層真實的通量輸送機制，同時能為湍流通量參數化方案的改進提供一定的參考。

結題摘要

利用不同天氣形勢下的近地層湍流觀測資料，研究了不同天氣形勢下的不同尺度的湍流信號的通量特徵： 對“珍珠”颱風的研究表明：由於颱風內部存在強的中尺度對流系統，因此在風速能譜密度結構中，頻率在3*10-4 Hz ＜ ＜2*10-3 Hz之間的中尺度信號對能譜的貢獻較平穩天氣形勢下的能譜貢獻大很多，尤其是順風方向風速的能譜密度的峰值與湍流信號的峰值相當；動量通量分析的結果表明，颱風中心經過觀測場地前後三小時，近地層通量以向下輸送的中尺度通量為主，湍流通量的貢獻相對中尺度通量較小，也是向下輸送的。對暴雨天氣的研究表明：降水臨近時風速迅速增大，溫度、氣壓降低明顯，降水期間濕度很高。從湍流特徵上看，降水時各湍流統計量都存在明顯的突變；降水前後風速能譜慣性副區基本滿足Kolmogorov的“-2/3”次方律，降水時u、v能譜低頻段峰值頻率左移明顯，分析低頻段峰值對應渦的尺度發現，降水前後近地層中貢獻湍流能量最大的渦的尺度存在很大差異。對降雪過程的研究表明：雪災前，隨著冷空氣南下，風速突然增大，氣溫降低，以後隨著冷空氣的持續輸入,整個南京地區持續低溫。各湍流統計量的變化趨勢與風速一致，也是在降雪前一天左右開始突然增大，而降雪後又開始逐漸減小；速度分量方差滿足方差相似定律；對大霧過程的研究表明，由於強逆溫的存在，大霧期間近地層動量通量幾乎為0，感熱通量也幾乎為0。而能譜分析表明，雖然近地層一直處於非常穩定的狀態，大霧期間能譜高頻段仍然滿足-2/3律。城市粗糙子層中湍流交換特徵的而研究表明，歸一化摩擦速度不僅是穩定度的函式，還是風速的函式，利用局地相似理論，我們提出了一個新的拖曳係數參數化方案，結果表明，拖曳係數隨著風速的增加而迅速減小。