《黃土高原複雜地形對近地層湍流尺度的影響》是依託蘭州大學，由梁捷寧擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：黃土高原複雜地形對近地層湍流尺度的影響
- 依託單位：蘭州大學
- 項目負責人：梁捷寧
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
正確認識近地層湍流結構是評價地氣相互作用、發展邊界層參數化方案、提高模式模擬精度的關鍵問題之一。目前對平坦地形上湍流研究較多，有較好共識，而關於複雜地形對湍流結構的影響認識還很不足，觀測結果在湍流參數化研究中的套用十分有限。本項目擬利用邊界層氣象要素梯度觀測、渦動相關觀測等，在蘭州大學半乾旱氣候與環境觀測站為代表的黃土高原複雜地形上典型站點開展近地層湍流連續綜合觀測，分析地形引發的大渦對湍流動能的貢獻，研究湍流尺度與地形尺度的關係，通過與平坦均勻站點湍流特徵對比，揭示複雜地形對湍流尺度和湍流動能的影響，根據湍流尺度隨大氣平均狀態的變化對黃土高原複雜地形上湍流進行分類，考察莫寧-奧布霍夫相似理論的適用範圍，最佳化通量-梯度關係。為構建複雜地形上邊界層參數化方案、提高大氣模型在黃土高原半乾旱區的模擬能力、認識氣候變化背景下該地區地氣相互作用提供觀測資料和理論依據，具有重要的科學意義。
結題摘要
依託蘭州大學半乾旱氣候與環境觀測站進行定點連續觀測和加強期外場實驗，獲得了黃土高原半乾旱區複雜地形上邊界層湍流、陸氣相互作用和邊界層結構的第一手資料，利用觀測資料和數值模擬研究複雜地形對近地層湍流尺度的影響。湍流垂直尺度主要受通量印痕區內地表特性影響，地形起伏越大，湍流垂直尺度越大；湍流水平尺度同時受上風向印痕區以外的地形影響，上風向地形起伏越大，湍流水平尺度越大。不穩定邊界層中，湍流縱橫比Ar =σw/σu變化不大；穩定邊界層中，Ar隨穩定性增加而減小，湍流是準二維的。通過湍流尺度分解，把複雜地形上邊界層湍流分為非平穩的大渦運動和小尺度的局地湍流，大渦運動受複雜地形影響產生，主要發生在穩定邊界層中。其對湍動能的貢獻主要在水平方向上，從平均來看，非平穩運動不會造成感熱通量的系統性差異，但造成不同時次之間湍流通量的巨大差異。地氣之間的感熱輸送主要由局地湍流實現，但局地湍流的形態受大渦運動的影響。穩定邊界層中，U < 3.0 m s-1時，大渦運動頻發，其剪下作用生成的局地湍流具有更小的縱橫比，在垂直方向上的輸送能力弱，導致地表能量閉合比率降低。複雜地形上穩定邊界層湍流分為三類：（1）U > 3.0 m s-1，平穩湍流，湍流滿足相似理論的假設前提；（2）Ut＜U＜3.0 m s-1，湍流非平穩，線性通量梯度關係可用以描述局地湍流，相似理論能夠用以描述局地湍流但不能描述非平穩運動過程；（3）U＜Ut，弱風情形，湍流與平均氣流無關，相似理論失效。項目的開展，積累了黃土高原半乾旱區陸氣相互作用和邊界層湍流的觀測資料，增加了複雜地形對近地層湍流影響的認識，為天氣氣候模式在該地區的參數化提供了基礎。依託本項目，目前完成論文6篇，其中，發表SCI論文3篇，待刊中文核心論文1篇，投稿中SCI論文2篇，完成了項目的論文考核指標，仍有部分研究成果正在整理尚未發表。
