边界层参数化方案对陆气相互作用影响的模拟研究
陆气相互作用及陆面模式的研究进展
陆气相互作用及陆面模式的研究进展
陈海山, 孙照渤
( 南京气象学院 气象灾害和环境变化重点开放实验室, 江苏 南京 210044)
摘 要: 较为全面地回顾了有关陆气相互作用的研究进展及陆面模式的发展现状, 结 合近年来开展的有关陆气相互作用的 20 多个大型国际研究计划和目前国内外具有 代表性的陆面模式, 分析了当前陆气相互作用及陆面模式研究中存在并有待进一步 解决的问题, 探讨了未来陆面模式的发展趋势。 关键词: 陆气相互作用; 陆面模式; 研究进展 中图分类号: P 461 文献标识码: A 早在 1974 年, 世界气象组织 (WM O ) 和国际科联 ( ICSU ) 就提出了气候系统的概念, 约占 地球表面三分之一的陆地, 是气候系统重要而最为复杂的组成部分, 发生于陆面的各种过程对 气候、 环境均具有显著的影响。1984 年WM O 和 ICSU 公布的世界气候研究计划 (W CR P ) , 强 调了陆气相互作用及陆面过程研究的重要性。 近年来, 陆面过程及其与气候的相互作用引起了 人类社会的普遍关注, 并逐渐成为了一个重要的科学研究领域。 然而, 由于陆面观测资料的缺乏和陆面过程的复杂性, 陆面过程的研究一直落后于诸如海 气相互作用的研究。20 世纪 80 年代中后期, 水文—大气试点试验 (HA PEX ) 、 全球能量和水循 ( ) ( ) 环试验 GEW EX 、 国际卫星—陆面—云研究计划 ISL SCP 、 国际地圈—生物圈研究计划 ( IGB P ) 等一系列大型陆面外场观测试验和研究计划的实施, 为陆气相互作用的发展提供了条 件, 使陆气相互作用的研究有了新的突破, 人们对陆气相互作用也有了新的认识。 本文将从陆面过程的敏感性研究、 观测研究、 陆面模式的发展三个方面, 对这一领域的研 究工作进行较为系统的总结, 在全面了解陆面过程研究现状的基础上, 来探讨其中存在的问题 和未来的发展趋势。
大气边界层中的湍流参数化方案
大气边界层中的湍流参数化方案大气边界层（ABL）是地球上大气系统中非常重要的一层。
它直接接触地表，对于能量和质量的交换至关重要。
湍流是描述ABL中空气运动和混合过程的关键因素之一。
由于湍流的非线性特性和多尺度特点，准确地描述湍流过程一直是一个具有挑战性的问题。
为了模拟和预测ABL中的湍流现象，科学家们提出了湍流参数化的方案。
一、湍流在大气边界层中的重要性在大气中，湍流通常由大尺度的运动驱动，而小尺度的湍流运动混合和传输能量、质量和动量。
在ABL中，这种混合和传输对于大气的稳定性、温度和湿度的分布以及气象现象的发生都有着重要的影响。
二、湍流参数化的概念湍流参数化的目的是通过简化湍流过程的复杂性，将其表示为数学公式或参数，以便在大规模气象模型中使用。
这样可以对ABL中的湍流进行合理的模拟和预测，从而提高气象预报的准确性。
三、湍流模型的发展历程湍流模型的发展可以追溯到20世纪50年代，最早的模型主要基于实验观测和经验公式。
随着计算机技术的发展和数值模拟方法的应用，湍流模型逐步向基于物理过程的形式发展。
目前常用的湍流参数化方案包括K模型、Eddy-Diffusivity模型、多尺度模型等。
四、常用的湍流参数化方案1. K模型K模型是湍流模型中最常用的一种。
它基于湍流动能方程和湍流能量方程，通过求解这两个方程来得到湍流各向同性扩散性能的参数。
K 模型假设大尺度湍流运动能的传输主导了小尺度湍流运动能的传输，适用于变化较慢的湍流过程。
2. Eddy-Diffusivity模型Eddy-Diffusivity模型通过引入湍流扩散系数来描述湍流运动的传输特性。
它假设涡旋扩散系数与时空尺度无关，适用于中等尺度的湍流过程。
3. 多尺度模型多尺度模型是一种结合了K模型和Eddy-Diffusivity模型的参数化方案。
它将不同尺度上湍流的传输特性综合考虑，适用于同时存在不同尺度湍流运动的情况。
五、湍流参数化的应用湍流参数化方案广泛应用于大气模式和气象预报中。
大气边界层的垂直结构_解释说明以及概述
大气边界层的垂直结构解释说明以及概述1. 引言1.1 概述大气边界层是指大气与陆地或海洋接触的那一部分，它对于气候系统以及人类活动具有重要的影响。
大气边界层垂直结构的研究是了解大气运动、传输过程和能量交换的关键所在。
通过深入了解大气边界层的垂直结构，我们可以更好地理解和预测天气现象，并对环境保护和工业污染控制等方面提供科学依据。
1.2 文章结构本文将首先介绍大气边界层的定义和特征，包括其高度范围、温度和湿度变化规律以及风速和风向变化特点等。
然后，我们将讨论影响大气边界层垂直结构的因素，如地表状况、太阳辐射、大尺度环流等。
随后，我们将介绍常用的测量方法，包括探空观测、激光雷达和卫星遥感等技术手段。
在此基础上，我们将解释说明垂直结构中温度、湿度、风速和风向变化的规律，并探讨热力过程对垂直结构的影响机制。
接下来，我们将概述现有的研究成果，介绍典型的研究案例并总结其结果和讨论。
最后，我们将对当前研究进行评估，指出研究中存在的不足之处，并展望未来可能的发展方向。
1.3 目的本文旨在全面了解大气边界层垂直结构，并提供一个综合性的概述。
通过对该领域的深入探索和分析，我们可以更好地理解大气运动、能量交换和风险传播等过程，并为相关学科的发展提供科学依据。
此外，本文还旨在总结现有研究成果并揭示其中不足之处，为未来进一步深入研究提供参考和指导。
2. 大气边界层的垂直结构2.1 定义和特征大气边界层是指地球表面上方高度大约为0-10公里之间的一层大气区域，与其上方的自由大气相隔开来。
它是地球上最接近地面的一层大气，并且具有明显的特征和变化。
大气边界层的垂直结构可以分为以下几个层次：地面边界层、混合层、风向风速级和逆温层等。
- 地面边界层：位于地表附近，高度约为0-1公里。
在这一层中，空气受到地表摩擦的作用而发生湍流运动，形成了强烈的垂直湍流混合，在这个过程中热量、湿度和颗粒物等物质被混合扩散。
- 混合层：位于地面边界层之上，高度约为1-3公里。
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获得推荐免试生资格的优秀应届本科毕业生，通过复试后，直接录取为博士研究生。
直接攻博招生专业一般为基础研究学科。
具体要求参见《南京大学2019年接收推荐免试研究生工作办法》。
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一、院系简介大气科学学院建立于1944年，是我国最早建立的气象学系。
为国家经济建设、社会发展和国防建设培养了大批优秀的气象科技人才和业务骨干，造就了一批国内外学术权威和知名学者，已成为我国大气科学研究和高层次人才培养的主要基地之一。
是国家理科基础科学研究和教学人才培养基地。
其中“气象学”学科从1988年就成为国家重点学科，在国家重点学科评选中排名国内同类学科第一。
大气科学学院具有一个从本科到博士后的完整的人才培养体系。
现有二个系，气象学系和大气物理学系。
拥有“气象学”、“大气物理和大气环境学”、“气候系统与气候变化”三个博士和硕士点，是大气科学一级学科博士学位授予单位和博士后流动站。
本院具有一支由中科院院士、资深教授和优秀中青年学者组成的学术思想活跃、结构合理并具有相当竞争力的师资队伍。
现有中科院院士2人，973项目首席科学家3人，教育部长江学者特聘教授1人，国家杰出青年基金获得者2人，新世纪“百千万人才工程”国家级人选2人，教育部新（跨）世纪优秀人才2人，江苏省“333工程”中青年科技领军人才2人。
不同陆面方案对沪宁高速公路团雾的模拟
不同陆面方案对沪宁高速公路团雾的模拟万小雁;包云轩;严明良;袁成松;钱玮【期刊名称】《气象科学》【年(卷),期】2010(030)004【摘要】利用沪宁高速公路实时监测的气象数据分析了2007年11月24日发生在沪宁高速公路镇江段团雾过程的气象要素变化.通过WRF模式耦合三种不同陆面方案对此次过程进行了数值模拟,旨在检验WRF模式耦合陆面方案对镇江段团雾的模拟能力.结果表明:(1)WRF模式模拟出的团雾天气过程对陆面方案的选择比较敏感,耦合了不同陆面参数化方案后的试验结果更接近实况.(2)水汽参量模拟结果中,SLAB方案比NOAH方案和RUC方案效果好些,NOAH方案与RUC方案差异不大.(3)在地面感热通量变化率模拟上,三者有些区别;在长波辐射变化率模拟上,NOAH方案较优越.(4)在涡度场高值区模拟上,NOAH方案效果比SLAB、RUC 方案更好.【总页数】8页(P487-494)【作者】万小雁;包云轩;严明良;袁成松;钱玮【作者单位】南京农业大学,资源与环境学院,南京,210095;南京农业大学,资源与环境学院,南京,210095;南京信息工程大学,气象灾害省部共建教育部重点实验室,南京,210044;南京信息工程大学,气象灾害省部共建教育部重点实验室,南京,210044;江苏省气象科学研究所,南京,210008;南京信息工程大学,气象灾害省部共建教育部重点实验室,南京,210044;江苏省气象科学研究所,南京,210008;南京信息工程大学,气象灾害省部共建教育部重点实验室,南京,210044【正文语种】中文【中图分类】P412【相关文献】1.陆面过程模式CoLM和NCAR_CLM3.0对中国典型森林生态系统陆气相互作用的模拟Ⅱ.不同参数化方案对模拟结果的影响 [J], 宋耀明;郭维栋;张耀存2.基于不同陆面参数化方案的降温过程数值模拟 [J], 马伟3.不同边界层参数化方案和陆面过程参数化方案对一次梅雨锋暴雨显式对流模拟的影响分析 [J], 陈杨瑞雪;罗亚丽4.两种陆面方案对陆雾与海雾模拟效果的对比研究 [J], 姜昊宇;高山红5.两种陆面方案对陆雾与海雾模拟效果的对比研究 [J], 姜昊宇;高山红因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
【国家自然科学基金】_边界层参数化方案_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140803
推荐指数 5 4 4 3 3 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2014年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8
2014年 科研热词 黄海海雾 黄山 边界层方案 气溶胶 微物理方案 云凝结核 不同高度 wrf 模式敏感性研究 推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
科研热词 夹卷层厚度 大涡模拟 集合预报 能量平衡理论 理查森数 热泡理论 湍流随机性 强降水 对流理查森数 参数化 侧边界 不确定性
推荐指数 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
科研热词 降水 边界层参数化方案 wrf模式 数值模拟 参数化方案 边界层方案 物理过程 气溶胶层 冰核 云凝结核 黑河流域 黄土高原 高寒草原 高原低涡 陆—气相互作用 边界层参数化 边界层 辐射 路径 潜热通量 湖泊模式 水汽廓线 气候 梅花台风 数值天气预报 感热通量 感热输送 微物理方案 强度 干旱区 夹卷过程 天气学 大气边界层 复杂地形 垂直参数化方案 台风路径和强度 单柱模式 北京地区 ts评分 srtm3数据 gtopo30数据 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
科研热词 陆面过程模式 wrf 黄土高原 风力机 集合预报. 陆面过程 近地层能量闭合 边界层高度 边界层参数化 自然灾害 积云 物理过程 激光雷达 潜热 湍流通量 湍流参数化 温度 流动噪声 气动性能 梅雨峰 暴雨 数值预报模式 感热 山地地形 小波变换 声学性能 参数化方案 半干旱区 升阻比 低速翼型 优化设计 中尺度天气 sacol站
大气边界层与陆地表面过程的相互作用模拟与分析
大气边界层与陆地表面过程的相互作用模拟与分析大气边界层是指地球表面与大气之间的那一层，它是大气环流系统中非常重要的一部分。
在大气边界层中，大气与地表之间存在着相互作用的过程，这些相互作用对于气候和天气的形成和变化具有重要的影响。
因此，模拟和分析大气边界层与陆地表面过程的相互作用对于深入了解气候系统和预测天气变化具有重要意义。
大气边界层与陆地表面过程的相互作用包括热量和水分的交换。
地表吸收太阳辐射后转化为热量，通过传导、对流和辐射等方式传递到大气中。
而大气通过辐射、对流和降水等方式将热量输送到地表。
这种热量交换对于大气边界层的稳定性和垂直混合起着重要作用。
另外，陆地表面的水分也会通过蒸发和蒸散作用进入大气中，影响大气中的湿度和降水过程。
为了模拟和分析大气边界层与陆地表面过程的相互作用，科学家们发展了许多大气模式和陆地表面模式。
大气模式用来模拟大气的运动和热力过程，而陆地表面模式则用来模拟陆地表面的能量和水分平衡。
这些模式通过数学方程和计算方法，将地球表面和大气分为一系列格点，通过计算和迭代求解方程，模拟出大气与陆地表面的相互作用过程。
在模拟大气边界层与陆地表面过程的相互作用时，需要考虑到许多因素，如地形、土壤类型、植被覆盖等。
这些因素对热量和水分的分布和传输过程都有重要影响。
例如，山地地形会影响气流的流动，从而改变大气边界层的稳定性和湍流的形成；不同类型的土壤和植被会对热量和水分的吸收和释放产生不同的影响，进而影响大气的温湿度分布和降水过程。
通过模拟和分析大气边界层与陆地表面过程的相互作用，可以更好地理解和预测天气现象和气候变化。
例如，在气象预报中，通过模拟大气边界层与陆地表面的交互作用，可以更准确地预测降水的分布和强度，从而提高预报的准确性。
另外，通过模拟气候系统中的陆地表面过程，可以研究气候变化对植被分布和土壤湿度等的影响，进而预测未来的气候变化趋势。
总之，大气边界层与陆地表面过程的相互作用模拟与分析是气候和天气研究中的重要内容。
《2024年WRF-Chem模式不同参数化方案对呼和浩特大气污染的数值模拟研究》范文
《WRF-Chem模式不同参数化方案对呼和浩特大气污染的数值模拟研究》篇一一、引言随着工业化和城市化的快速发展，大气污染问题日益严重，成为全球关注的焦点。
呼和浩特作为我国北方的重要城市，其大气污染问题尤为突出。
为了更好地理解和预测大气污染过程，数值模拟成为重要的研究手段。
本文利用WRF-Chem模式，针对不同参数化方案对呼和浩特大气污染进行数值模拟研究，以期为该地区的污染防治提供科学依据。
二、WRF-Chem模式简介WRF-Chem模式是一种集天气预报与空气质量模拟于一体的数值模式。
该模式通过设置不同的参数化方案，可以模拟不同地区、不同气象条件下的空气质量状况。
本文采用WRF-Chem模式，针对呼和浩特地区的大气污染进行数值模拟研究。
三、不同参数化方案本文选取了WRF-Chem模式中的几种不同参数化方案，包括积云参数化方案、边界层参数化方案、气溶胶参数化方案等。
这些参数化方案对于模拟大气污染过程具有重要意义。
不同的参数化方案可能会导致模拟结果的差异，因此需要进行比较分析。
四、数值模拟方法与过程1. 模型设置：根据呼和浩特的地理位置、气象条件、排放源等实际情况，设置WRF-Chem模式的初始条件和边界条件。
2. 模拟实验：采用不同的参数化方案进行模拟实验，分析各方案对呼和浩特大气污染的影响。
3. 结果分析：对比不同参数化方案的模拟结果，分析其优缺点，为实际应用提供依据。
五、模拟结果与分析1. 不同参数化方案对PM2.5浓度的模拟结果：在不同参数化方案的模拟下，呼和浩特的PM2.5浓度呈现出不同的变化趋势。
其中，方案X的模拟结果较为接近实际观测值，具有较高的准确性。
2. 不同参数化方案对气象场的影响：不同的参数化方案对气象场的影响也不同。
例如，方案Y在模拟过程中能够更好地描述呼和浩特的边界层结构，而方案Z则能更准确地反映风场的变化。
3. 参数化方案的适用性分析：通过对不同参数化方案的模拟结果进行比较，发现每种方案都有其适用范围和局限性。
沙漠绿洲陆面物理过程和地气相互作用数值模拟
中国科学 D 辑 地球科学 2006, 36 (11): 1037~1043 1037沙漠绿洲陆面物理过程和地气相互作用数值模拟*刘树华①②**刘和平①②胡 予①②张称意② 梁福明①②王建华①②(① 北京大学物理学院大气科学系, 北京 100871; ② 国家气候中心中国气象局气候研究开放实验室, 北京 100081)摘要 利用一个已发展的陆面物理过程参数化方案与大气边界层数值模式耦合, 模拟了半干旱区沙漠绿洲非均匀下垫面的陆面物理过程及其与大气边界层的相互作用过程, 成功地模拟了局地气候效应和地表温度、净辐射、感热和潜热通量特征并与实测资料进行了比较. 给出“绿洲效应”这一自然现象的垂直剖面上更为清晰准确和细致的结构特征, 结果表明: “绿洲效应”具有明显的“冷岛效应”和“湿岛效应”; 它表现为在绿洲区域比戈壁沙漠区域环境温度低、湿度大、湍流动能输送弱, 具有下沉气流而导致与周围戈壁沙漠区域产生水平输送环流. 这些结果对于深入了解绿洲气候的形成和绿洲的维持机理具有重要的意义.关键词 沙漠-绿洲 陆面物理过程 陆-气相互作用 绿洲效应 数值模拟收稿日期: 2005-11-30; 接受日期: 2006-03-23* 中国气象局气候变化专项经费(批准号: CCSF-2005-2-QH29, CCSF2006-38)、高等学校博士学科点专项科研基金(批准号: 20050001030)和国家自然科学基金(批准号: 40275004)资助项目 ** E-mail: ***************.cn陆面过程(Land Surface Process LSP)是指发生在地表与大气之间水分、热量、动量及CO 2等的交换过程, 包括地面上的热力过程、水文过程和生物过程, 地气间的能量和物质交换以及地面以下土壤中的热传导和水热输送过程. 发生在地表附近的这些交换过程, 进而与大气边界层过程耦合, 实现自由大气和低层大气间的能量和物质交换, 这一过程直接影响着大气边界层和区域气候的形成. 在干旱半干旱地区, 由于绿洲与戈壁、沙漠下垫面土壤、植被分布特征的不同, 导致了陆面过程中地表热量、动量及能量收支平衡的差异, 并在地气相互作用下形成了一种特有的区域气候特征, “这就是绿洲效应”. 而分析认识绿洲区域气候效应的自然规律, 对当代绿洲的开发、利用和保护, 对控制与改善生存环境具有重要而深远的意义. “绿洲效应”既是一种区域气候特征, 也是一种区域环境生态特征, 它在绿洲系统自我维持过程中发挥着比较重要的作用. 为了研究这一自然现象, 揭开千百万年来绿洲在干旱环境中的存在延1038中国科学D辑地球科学第36卷续及与戈壁、沙漠相互作用之谜, 近年来无论在野外观测[1~4]还是数值模拟[5~11]方面已有许多的研究. 本文在陆面植被过程研究[12,13], 简单生物圈模式(SiB)[10,14]、简单生物圈改进模式(SiB2)[15]和应用于全球气候模式研究的简单生物圈模式SSIB[16]研究的基础上, 发展了更为完善简洁的陆面物理过程参数化方案, 并与大气边界层数值模式耦合[17~20],模拟了干旱半干旱区绿洲、戈壁和沙漠非均匀下垫面的陆面物理及其与大气相互作用过程. 模拟结果弥补了实际观测在空间尺度和时间上的难点和缺陷, 给出了干旱半干旱地区陆面物理过程要素的模拟和实测值的比较及“绿洲效应”这一自然现象的区域垂直剖面上更为清晰和细致的结构特征. 为人们深入认识干旱半干旱区气候的形成等重要科学问题提供参考.1 模式1.1 陆面物理过程和大气边界层模式陆面物理过程模式及其参数化方案见参考文献[9~16], 大气边界层模式方程组及其参数化见参考文献[17~20]. 模式模拟沙漠、戈壁和绿洲区域的初始风速廓线、初始位温廓线、初始比湿廓线是根据1991年8月夏季HEIFE(黑河实验)IOP-2观测中绿洲(小屯)和戈壁(化音)的月平均资料作了近似拟合给出的, 基本与实际观测资料吻合, 并参考了文献[1~4, 20], 以符合典型戈壁绿洲区域的小气候和大气边界层特征为原则. 初始湍流动能是根据实际观测数据经验给出的, 具体详见参考文献[20].1.2 模式模拟区域、格点设置及数据处理方法1.2.1 模式模拟区域、格点设置本模式的二维版本模拟的是一个水平尺度100 km, 计算范围在水平方向上分为100个格点, 格距1 km, 编号I＝31~70格点范围表示绿洲, 1~30, 71~100表示戈壁. 也就是尺度40 km的绿洲位于模拟区域的中央, 戈壁在两边对称分布. 模拟高度为4 km的空间区域, 垂直高度分布为: 0, 10, 20, 50, 80, 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 750, 1000, 1250, 1500, 2000, 2500, 3000和4000m. 时间区间为06时至21时(本文时间均取北京时间).三维版本除假设水平空间尺度是100 km × 100 km 的地区外, 其他设定与二维版本相同. 垂直方向上虽然模式采用地形追随坐标, 但本文中并不考虑地形因素, 垂直方向分层与二维版本一致. 2个版本均模拟区域随下垫面不同, 其物理参数也不同. 模拟区域地理纬度取黑河地区地理纬度39.2°.1.2.2 数据处理方法差分格式: 时间上采用向前差, 空间上除平流项采用三阶中央差外, 其他均采用二阶中央差.时间步长: 为了保持差分格式的稳定性, 本模式的积分时间步长为Δt=10s, 在计算时间内结果是稳定的. 模式边界条件和初始条件的设置详见参考文献[20].数据稳定性: 由于初始湍流动能是根据绿洲和戈壁近地面层实际观测资料进行假设外推到各垂直网格点上的, 在积分过程中, 能量会逐渐与风、温场匹配, 并趋于稳定. 因此在积分初始阶段的 1 h内, 积分结果是不完全可靠的. 另外, 由于边界效应, 在边界格点上的数据也不可靠. 其他时间和格点上的计算结果是稳定的, 因而我们在后面的模拟试验结果讨论中将只取可靠时间和格点上的数据结果.陆面过程主要参数赋值: 陆面物理过程参数化方案中绿洲、戈壁土壤特性参数(地表体含水量、土壤日平均体含水量、土壤饱和体含水量、植物枯萎点土壤体含水量及其他土壤类型参数)和植被参数(叶面积指数、植被覆盖率、粗糙度、反照率和比辐射率等)参见文献[5,12,13,20].2 结果与讨论2.1 黑河地区非均匀地表地温和能量通量的数值模拟为了更好地比较检验模拟结果, 在陆面物理过程参数化数值模式的模拟中, 应用了黑河实验(HEIFE)绿洲站(张掖)和沙漠站的地表温度和温度、湿度、风速边界层廓线梯度、感热、潜热及辐射观测资料, 作为实测数据与模拟结果的对比资料.1991年8月14~15日天气晴朗, 整个黑河实验第11期刘树华等: 沙漠绿洲陆面物理过程和地气相互作用数值模拟1039(HEIFE)区没有明显的天气系统入境, 因而相应的实验观测数据资料代表性比较好. 所以, 数值模拟对比实验选择从8月14日8: 00(北京时间, 下同)开始, 到15日8: 00结束, 积分时间为24 h. 而陆面过程模式相应时间的模拟结果与边界层模式相耦合.由于主要目的只是检验陆面过程模式的性能与稳定性, 而实际观测数据量又有限, 同时为了简化运算复杂性, 所以整个耦合模式采用了较为简单而又适合的2-D版本, 同时模拟域和初始条件和边界条件的说明在前面已提及, 此处略去不再介绍.2.1.1 地表温度模拟结果与实测的比较图1给出了地表温度变化的模拟结果与观测结果的比较. 由于在实际的观测数据中, 没有真正的实测地表温度, 而是4个不同深度的土壤温度的测量值, 因而此处的实测地表温度, 是由5与10 cm地温观测数据根据热传导方程计算得出. 从图中, 可以看出模拟结果与观测结果两者之间具有较好的一致性. 其中, 绿洲地表温度的模拟结果与观测结果符合得较好, 两条曲线的重合度比较高, 数据分析表明模拟与实测的平均误差约为0.3 K; 而沙漠地表温度的模拟结果与观测结果符合得相对较差, 在整个时次(特别是后半段)上, 模拟结果的地表温度比观测结果的平均高约1 K左右, 数据分析表明模拟与实测的平均误差约为0.7 K. 造成沙漠下垫面地表温度模拟误差较大的原因最大可能是模式中忽略了沙漠(戈壁)中沙生图 1 绿洲和沙漠地表温度模拟结果与观测结果的比较T oo和T do分别表示绿洲和沙漠上实测地表温度，T os和T ds分别表示绿洲和沙漠上的模拟值植物的存在, 在陆面过程参数化中仅仅考虑了沙漠(戈壁)极端干旱的情况, 即假设沙漠(戈壁)下垫面上的植被覆盖度和叶面积指数均为零, 而这是与实际不太相符合的. 不过从整体看来, 本陆面过程模式对于地表温度的模拟性能还是比较理想的.2.1.2 能量通量模拟结果与实测的比较模拟的绿洲(图2(a))和沙漠下垫面(图2(b))地表净辐射通量与实测的比较如图2(a),(b) 所示, 从图中可以看到, 模拟的绿洲(图2(a))和沙漠下垫面(图2(b))净辐射通量值与观测值均较接近, 不过在12:00~ 15:00较观测值小, 而在夜间22:00~6:00较观测值大. 这是本陆面物理过程模式值得进一步改进和完善的地方. 但无论是绿洲还是沙漠下垫面, 模拟的净辐射通量日变化规律均与实际状况较一致, 净辐射通量的峰值都出现在13: 00~14: 00之间. 整体看来, 模式对黑河实验(HEIFE)区非均匀下垫面上净辐射通量的模拟与实况基本相一致, 比较符合实际观测规律.图 2 绿洲(a)和沙漠(b)下垫面上净辐射通量模拟结果与观测结果的比较R oo和R do分别表示绿洲和沙漠上的实测值，R os和R ds分别表示绿洲和沙漠上的模拟值1040中国科学D辑地球科学第36卷模拟的绿洲(图3(a))和沙漠下垫面(图3)(b))感热通量与实测的比较如图3(a),(b) 所示, 从图中可以看出虽然模拟的日变化规律与实测都较一致, 特别是较好地模拟出了绿洲夜间出现的负感热通量现象, 但是从数值上比较, 模拟值和实测值的差距都较大, 尤其是对绿洲上(图3(a))的模拟尤为明显, 相对误差比较大. 造成模拟的感热通量大于实测值的原因可能是湍流通量的实际观测高度约为 3 m,代表的是距地表约3 m左右近地面层大气的感热通量, 而数值模拟结果代表的却是贴地表层的平均值, 两者之间由于湍流尺度问题必然存在着一定的差异.图3 绿洲(a)和沙漠(b)下垫面上感热通量模拟结果与观测结果的比较H oo和H do分别表示绿洲和沙漠上的实测值, H os和H ds分别表示绿洲和沙漠上的模拟值模拟的绿洲(图4(a))和沙漠下垫面(图4(b))潜热通量与实测的比较如图4(a),(b) 所示, 从图中可以看出绿洲下垫面(图4(a))上模拟的潜热通量与实测值的一致性比较好, 而沙漠下垫面(图4(b))上模拟的潜热通量与实测值的一致性则较差, 模拟值明显小于实测值. 不过, 无论是绿洲(图4(a))还是沙漠下垫面(图4(b)), 模拟的潜热通量的日变化规律均与实际比较图4 绿洲(a)和沙漠(b)下垫面上潜热通量模拟结果与观测结果的比较L oo和L do分别表示绿洲和沙漠上的实测值, L os和L ds分别表示绿洲和沙漠上的模拟值吻合. 对于造成沙漠下垫面(图4(b))潜热通量模拟值小于实测值的主要原因可能有以下两点:(1)实际的沙漠站距离绿洲站只有大约 3 km, 这使得实际的通量观测不可避免地会受到附近绿洲的一定影响, 从而使得观测到的潜热通量值偏大; (2)根据实际资料表明, 在8月13日, 黑河地区发生了一次降水量为2.8 mm 的降水过程, 这会使得模式中的土壤参数选取与实际差异较大, 而且虽然降水不多, 但是由于降水对沙漠下垫面的地表湿度影响较大, 所以造成了14日沙漠上潜热通量相比通常情况下的一定程度增大.为了更好的比较沙漠和绿洲下垫面陆面物理过程模式模拟与实测结果的误差, 表1给出了绿洲和沙漠日平均地表能量模拟与实测的比较结果, 从表1中我们可以看到模式存在的最大不足是反映在绿洲上感热的模拟和沙漠上潜热的模拟. 造成这样结果的可能原因很多, 一方面与模式参数化方案和参数选择的合理性有关, 也与应用比较的实际观测个例数据的准确度相关. 这些问题都值得进一步的研究, 以第11期刘树华等: 沙漠绿洲陆面物理过程和地气相互作用数值模拟1041表 1 绿洲和沙漠日平均地表能量模拟与实测比较绿洲沙漠日平均/W·m−2净辐射感热潜热净辐射感热潜热模拟值206.3 47.8 118.9 176.6 76.4 22.1 实测值253.7 28.1 111.2 193.3 62.7 37.8 相对误差/% −18.7 70.1 6.9 −8.6 21.9 −41.5更好地完善模式, 不过从整体而言, 本陆面物理过程模式已经能较好地模拟干旱、半干旱地区的陆面物理过程. 为进一步进行干旱半干旱地区非均匀下垫面陆气相互作用和绿洲效应的数值模拟打下了基础.2.2 黑河地区非均匀下垫面陆气相互作用和绿洲效应的数值模拟为了检验本模式的2-D和3-D版本在地气相互作用方面的模拟性能, 进行2个版本在相似下垫面特征和初始场条件下的数值模拟结果的比较, 以检验在相同的陆面过程参数化方案下, 不同维数版本模式的模拟结果所反映的规律是否类似, 以证明整个耦合模式的有效合理性. 通过对比发现, 2-D模式模拟和3-D模式模拟的结果十分接近, 毕竟是基于相同的陆面过程参数化方案, 只是动力学框架有所不同而已. 但是还是可以发现2-D模式所反映的“绿洲效应”似乎略强于3-D模式的结果. 此外, 对比了大气运动场和湍流动能的模拟结果中, 同样反映了相似的规律, 不过从理论上也不难分析出, 由于动力学框架的优劣差异, 3-D模式所反映的大气运动场和湍流动能的模拟结果要优于2-D模式的结果, 这里由于篇幅所限, 不再详细讨论和比较. 比较结果详见参考文献[20]. 下面进行绿洲效应数值模拟结果的讨论, 其中气温和比湿的模拟结果采用了2-D模式的模拟结果, 而大气运动场和湍流动能的模拟结果采用了3-D模式的结果(由于模拟域和初始场设置的对称性, 东西和南北剖面结果完全类似, 所以任取了其中的南北剖面).在区域气候中, 绿洲效应最显著的特点是“冷岛效应”. 图5给出了一个较为清晰的气温垂直空间分布结构, 从中可以清楚地看到这一现象. 在“冷岛效应”最为明显的午后(13: 00)时分, 在大约400~500 m 以下, 同一高度上, 戈壁上空气温高于绿洲上空气温, 并且越近地面越明显, 在高度200 m以下表现最为明显. 而在高度800~1000 m以上, 绿洲和戈壁上空同一高度上气温温差基本完全消失. 而研究7~19时次的所有模拟气温资料, 还可以发现大约10~30 m高度以下, 绿洲气温在整个时次上都低于戈壁气温, 而从大约50 m开始, 只有部分时次戈壁气温高于绿洲, 越向上戈壁气温高于绿洲的时次越少, 在大约200 m 高度以上温差在绝大部分时次上已经很不明显.图5 13: 00气温垂直剖面图(单位: K)与此对应的, 图6(a)和图6(b)分别反映了绿洲效应中的“湿岛效应”和“逆湿”现象. 从图6(a)中可以清楚地看到, 在湿岛效应较强的午后时分, 在400~500 m以下“湿岛效应”十分明显, 同一高度上绿洲比湿明显大于戈壁, 在这一高度以上, 绿洲戈壁比湿接近, 不过“湿岛效应”影响依然存在, 一直延续到1000 m左右. 就整个边界层而言, 比湿随高度递减. 从6(b)中能看出, 靠近绿洲的戈壁(图6(a)中对应85 km处)的近地面层, 大约从0~150m, 比湿随高度增加反而增加. 形成这一现象的原因可能是绿洲的下沉气流, 将较湿的空气从低层大气向两边戈壁荒漠输送的结果. 模拟的“逆湿”现象产生的大致高度范围与黑河地区IOP2(1991年10月11~12日)观测中在戈壁站观测的湿度廓线[21]相吻合. 为了验证这一现象, 下面给出模拟的水平和垂直风速场的剖面图.1042中国科学D辑地球科学第36卷图 6 13: 00(BT)比湿垂直剖面图 (a)和戈壁中临近绿洲的格点上空比湿廓线图 (b)(单位: g/kg)从图7(a)水平风速u和图7(b)垂直速度w的空间垂直剖面图中, 可以清楚地看到中尺度运动, 绿洲-戈壁之间热力环流的存在. 从u剖面图(图7(a))中可以看到, 在0~500 m高度上, 明显存在着由绿洲向戈壁的大气辐散运动, 环流最大水平风速达到4 m·s−1以上,而在1000 m左右高度则存在着由戈壁向绿洲的大气辐合运动, 这一高度水平风速最大也达到了2 m·s−1以上. 相对应的在w剖面图(图7(b))中就可以看到,在戈壁上空存在着上升气流, 而绿洲上空则存在着下降气流, 并且上升气流速度明显大于下降气流速度.图8是湍流动能的垂直剖面图. 从图8中可以清楚地看到, 在戈壁和绿洲上空都明显存在着湍流动能的中心, 在这些区域, 大气无规则运动十分强烈,其中绿洲上空300 m左右和戈壁上空500 m左右都存在很强的湍流动能中心. 而整体看来, 戈壁上空的湍流动能明显强于绿洲上空的湍流动能, 这反映了绿图7 13: 00(BT)大气运动场垂直剖面图(a) u(单: m/s); (b) w(单位: cm/s)图 8 13: 00湍流动能垂直剖面图(单位: m/s2)洲上空与戈壁相比, 湍流运动较弱, 相对“安静”一些,这正体现了植被状况对于大气稳定度的影响.3 结论与讨论本文利用一个已发展的陆面物理过程参数化方第11期刘树华等: 沙漠绿洲陆面物理过程和地气相互作用数值模拟 10438.Xue J K, Hu Y Q. Numerical simulation of oa-sis-desert interaction. Progr Nat Sci, 2001, 11(9): 675—681案与大气边界层数值模式耦合, 模拟了沙漠-绿洲陆面物理过程, 戈壁-绿洲陆-气相互作用和“绿洲效应”. 陆面物理过程参数化模式能较合理地模拟沙漠和绿洲地表温度、净辐射、感热和潜热通量, 并与大气边界层模式耦合, 模拟出了戈壁-绿洲陆-气相互作用过程和“绿洲效应”这一自然现象的垂直剖面上更为清晰、准确和细致的结构特征.9. Liu S H, Wen P H, Zhang Y Y, et al. Sensitivity tests of interac-tion between land surface physical process and atmospheric boundary layer. Acta Meteor Sin, 2002, 16(4): 451—46910. Liu S H, Liu H P, Li S, et al. A modified SiB model of bio-sphere-atmosphere transfer scheme. J Desert Res, 1998, 18(4): 7—16模拟的结果与观测结论相吻合, 即“绿洲效应” 具有明显的“冷岛效应”和“湿岛效应”; 它表现为在绿洲区域比戈壁沙漠区域大气环境温度低、湿度大、湍流动能输送弱; 绿洲的下沉气流, 将绿洲较湿的空气从低层大气向两边戈壁荒漠输送, 形成“逆湿”现象; 另外, 绿洲下沉气流导致与周围戈壁沙漠区域产生水平输送环流. 模拟结果证明了本模式的有效合理性, 也弥补了实际观测在时间和空间尺度上的难点和缺陷, 对于深入了解绿洲气候的形成和绿洲的维持机理具有重要的意义. 此外, 绿洲尺度对沙漠-绿洲陆-气相互作用的影响和“绿洲效应”的形成、绿洲的维持机理、绿洲维持与气象、环境和生态因子之间的关系及影响绿洲效应的内外因子等将在另一篇文章中介绍.11. 刘树华, 李新荣, 刘立超, 等．陆面过程参数化的研究．中国沙漠, 2001, 21(3): 303—31112. Deardorff J W. Efficient prediction of ground surface tempera-ture and moisture with inclusion of a layer of vegetation. J Geophy Res, 1978, 83: 1889—190313. Noilhan J, Planton S. A simple parameterization of land surfaceprocesses for meteorological models. Mont Weather Rev, 1989, 117: 536—549[DOI]14. Sellers P J, Mintz Y, Sud Y C, et al. A simple biosphere model(SiB) for use within general circulation models. J Atmos Sci, 1986, 43:505—531[DOI]15. Sellers P J, Randall D A, Collatz G J, et al. A revised land sur-face parameterization (SiB2) for atmospheric GCMs. part Ⅰ: model formulation. J Climate, 1996, 9: 676—705[DOI] 16. Xue Y, Sellers P J, Kinter J L, et al. A simplified biospheremodel for global climate studies. J Climate, 1991, 4: 345—364[DOI]17. Liu S H, Huang Z C, Liu L C. Numerical simulation of the in-fluence of vegetation cover factor on boundary layer climate insemi-arid region. Acta Meteorol Sinica, 1997, 11(1): 66—78参 考 文 献18.Liu S H, Yue X, Hu F, et al. Using a ModifiedSoil-Plant-Atmos- phere Scheme (MSPAS) to simulate the in-teraction between land surface processes and atmospheric boundary layer in semi-arid regions. Adv Atmos Sci, 2004,21(2): 245—2591. 胡隐樵, 高由禧, 王介民, 等. 黑河实验(HEIFE)的一些研究成果. 高原气象, 1994, 13(3): 225—2362. 王介民．陆面过程实验和地气相互作用研究: 从HEIFE 到IMGRASS GAME-Tibet/TIPEX. 高原气象, 1999, 18(3): 280—29419. Liu S H, Yue X, Liu H Z, et al. Sensitivity tests of a ModifiedSoil-Plant-Atmosphere Scheme (MSPAS) to simulate land sur-face physical processes and regional climate effect in semi-arid region. Adv Atmos Sci , 2004, 21(5): 717—729 3. 苏从先, 胡隐樵, 张永丰, 等．河西地区绿洲小气候特征和冷岛效应．大气科学, 1987, 11(3): 390—3964. 胡隐樵, 奇跃进, 杨选利．河西戈壁(化音)小气候和热量平衡特征的初步分析．高原气象, 1992, 9(2): 113—11920. 刘树华, 胡予, 梁福明, 等. 沙漠-绿洲陆-气相互作用和绿洲效应的数值模拟. 地球物理学报, 2005, 48(5): 51—59 Wang Q, Zhou P, Wang B, et al. Evaluation and analysis on the teth-ersonde data in HEIFE. Proceedings of International Symposium on HEIFE, Kyoto University, Kyoto, Japan,1993. 322—3305. 阎宇平, 王介民, Menenti M, 等．黑河地区绿洲-沙漠环流的数值模拟研究．高原气象, 2001, 20(4): 435—4406. 高艳红, 吕世华．非均匀下垫面局地气候效应的数值模拟．高原气象, 2001, 20(4): 354—3617. 苗曼倩, 季劲钧．荒漠绿洲边界层结构的数值模拟．大气科学, 1993, 17(1): 77—86。
海上大气边界层模式的物理过程及其数值模拟研究
海上大气边界层模式的物理过程及其数值模拟研究海上大气边界层模式的物理过程及其数值模拟研究引言：海上气候是地球气候系统的重要组成部分。
其中，海上大气边界层的形成和演变对海洋风暴、海气相互作用和海洋资源的利用等有重要影响。
通过对海上大气边界层模式的研究，可以更好地了解其物理过程，并进行相关数值模拟，为海上气候变化、气象灾害预测和海洋资源开发等提供科学依据。
一、海上大气边界层模式的物理过程1. 大气边界层的定义大气边界层是地球表面与上层自由大气之间的过渡区域，其中发生的物理过程对气候和天气的变化具有重要影响。
2. 海上大气边界层的特点相比陆地上的大气边界层，海洋表面具有特殊的动力特性，如湍流的活跃度、水汽的释放和吸收等特点，在大气边界层模式中需要考虑海洋的影响。
3. 海上大气边界层的形成机制海洋表面温度和海洋表面粗糙度是海上大气边界层的主要形成机制。
海洋表面温度差异引起的大气运动和湍流是大气边界层形成的关键过程。
4. 海上大气边界层的演化过程海上大气边界层的演化受到气压梯度、温度和湿度差异等因素的影响。
随着时间推移，大气边界层的高度和其内部的湍流强度会发生变化。
二、海上大气边界层模式的数值模拟研究1. 数值模拟的意义通过数值模拟海上大气边界层的物理过程，可以更好地理解海气相互作用、气候变化和气象灾害的发生机制，并为预测和应对这些气候现象提供科学依据。
2. 基本原理海上大气边界层模式的数值模拟基于流体力学和热力学等物理原理，采用数学方程组对边界层内的运动、湍流和传输等过程进行描述和计算。
3. 模型的建立海上大气边界层模式的建立需要考虑海洋表面温度和粗糙度的影响，以及海气的相互作用等因素。
同时，还需要考虑数值计算的精确性和计算效率。
4. 数值模拟结果分析通过对数值模拟结果的分析，可以得到海上大气边界层的空间变化规律、时间演化趋势和气候特征等信息。
这些信息对海上气象和气候研究以及相关灾害预测和资源利用具有重要参考价值。
《WRF-Chem模式不同参数化方案对呼和浩特大气污染的数值模拟研究》范文
《WRF-Chem模式不同参数化方案对呼和浩特大气污染的数值模拟研究》篇一一、引言随着工业化进程的加快和城市化水平的提升，大气污染问题逐渐凸显，对人们的健康和生活质量产生了严重影响。
呼和浩特作为内蒙古自治区的省会城市，其大气污染问题也日益受到关注。
为了更好地理解和预测大气污染状况，本文采用WRF-Chem模式，对呼和浩特地区的大气污染进行数值模拟研究，并探讨不同参数化方案对模拟结果的影响。
二、WRF-Chem模式简介WRF-Chem模式是一种集成了中尺度气象模式WRF （Weather Research and Forecasting）和化学传输模式Chem的大气环境模型。
该模式可以模拟大气中的气态污染物、颗粒物等污染物的传输、扩散、转化和沉降等过程，为大气污染研究和防控提供有力支持。
三、研究方法本研究以呼和浩特市为研究区域，采用WRF-Chem模式进行数值模拟。
在模拟过程中，我们设置了多种不同的参数化方案，包括边界层参数化方案、云微物理参数化方案、积云参数化方案等。
通过对这些不同参数化方案的模拟结果进行比较和分析，评估各方案对呼和浩特大气污染数值模拟的影响。
四、不同参数化方案对模拟结果的影响1. 边界层参数化方案的影响：边界层参数化方案主要影响近地层的气象条件和污染物的扩散过程。
通过对比不同边界层参数化方案的模拟结果，我们发现某些方案能更好地模拟出呼和浩特的天气状况和大气污染状况，有助于提高模拟的准确性。
2. 云微物理参数化方案的影响：云微物理参数化方案主要影响云的形成和演变过程，进而影响云与大气污染物的相互作用。
我们发现，在某些云微物理参数化方案下，呼和浩特的污染物浓度得到更好的模拟效果，说明适当的云微物理参数化方案有助于提高大气污染的模拟精度。
3. 积云参数化方案的影响：积云参数化方案主要影响地表能量平衡和地表热通量的分配，从而影响大气的垂直运动和污染物的扩散过程。
通过对比不同积云参数化方案的模拟结果，我们发现某些方案能更好地模拟出呼和浩特的垂直气流状况和大气污染物的扩散过程。
数值模式中的大气边界层参数化方案综述
数值模式中的大气边界层参数化方案综述数值模式中的大气边界层参数化方案是一项基础且重要的研究内容，它能够有效地改进大气环境中过程和物理系统的表征，在未来气候变化、气候预报等方面影响重大。
本文详细综述了近年数值模式中的大气边界层参数化方案的发展趋势。
在近几十年的发展过程中，大气边界层参数化方案有了较大的变化与发展。
由于在克里斯特洛夫结构参数的传统参数估计方案中，存在固有的传统假设，因此无法很好地处理大气中的指向异构、拟合参数曲线变化和模式间的不稳定性等实际情况。
因此，近些年来，学者们开始研究具有不同结构参数估计方案，如有限元方法、最优扰动方法、缩放非参数方法、自动正则化方法、数字层次分析方法、不稳定垂直参数化方法等，这些新型参数估计方案旨在提高大气环境中过程和物理系统的表征。
在不同类型的参数估计方案比较中，有限元方法与自动正则化方法相比，在表征快速的小尺度变量垂直分布时具有较高的精度，因此在短期气候预报中被认为是更有效的边界情景参数估计方法。
另外，数字层次分析方法的优势在于，它能够有效地估计物理参数的垂直分布，从而提高精度，但它受到物理参数的表示技术的限制。
此外，缩放非参数方法与传统参数估计方案比较，能够在较大尺度上提高大气边界层参数估计的精度，而不受结构参数估计技术的限制，因此是近些年来主要的参数估计方案之一。
通过本文的综述，可以知道，不稳定垂直参数化方案是处理不稳定核心和大气边界层参数估计的新颖方法，能够有效地提高气候系统模拟中大气边界层参数估计的精度，能够改善实际大气环境模拟中的不稳定性。
同时，缩放非参数方法和有限元方法也在提高大气边界层参数估计中发挥着重要作用，由于它们可以提高大气环境中过程和物理系统的表征，因此有望在未来气候变化、气候预报等方面有积极的影响。
大气边界层湍流传输模型的参数设置和计算方法研究
大气边界层湍流传输模型的参数设置和计算方法研究随着工业化进程的不断加速和人类活动的持续增加，大气污染问题变得日益严重。
为了更好地了解大气污染的扩散与传输规律，科学家们提出了大气边界层湍流传输模型。
该模型通过设置一系列参数和运用特定的计算方法来模拟和预测大气中污染物的传输过程。
本文将对大气边界层湍流传输模型的参数设置和计算方法进行研究。
首先，大气边界层湍流传输模型中的参数设置是关键的一步。
这些参数包括大气边界层高度、湍流强度、垂直速度分布等。
大气边界层高度是指从地面到大气边界层顶部的高度范围，其大小取决于地理和气象条件等因素。
湍流强度是指湍流运动的强弱程度，可以通过测量风速和风向来估算。
垂直速度分布是指大气中垂直方向上气体流动速度的分布情况，它与大气中的温度和湿度等因素密切相关。
其次，大气边界层湍流传输模型的计算方法也是关键的一环。
常用的方法有随机模拟法、统计模拟法和参数化模拟法等。
随机模拟法通过随机生成一系列湍流过程的数值，来模拟大气中污染物的传输。
统计模拟法则是通过统计分析大量污染物传输数据，建立模型来预测未来的传输情况。
参数化模拟法则是基于大量观测数据和实验数据，将湍流传输过程分解为一系列参数，通过计算这些参数的值来得到传输模型。
在进行大气边界层湍流传输模型的参数设置和计算方法研究时，还应考虑到一些实际问题。
首先，由于大气边界层的复杂性和不确定性，模型的参数设置和计算方法必须具有一定的适应性和灵活性。
其次，模型的精确性和准确性也是必须考虑的因素，这需要科学家们结合实际数据和观测结果对模型进行验证和修正。
除了参数设置和计算方法，大气边界层湍流传输模型的研究还涉及到一些相关的领域。
例如，气象学、地理学以及环境科学等学科都对该模型的研究有着重要的贡献。
此外，大气边界层湍流传输模型的研究还涉及到对气候变化和大气环境改善等问题的解决方案的探讨。
总之，大气边界层湍流传输模型的参数设置和计算方法研究对于了解大气污染的传输规律和预测未来的污染趋势具有重要的意义。
大气模型中陆面过程参数化方案的改进与评估研究
大气模型中陆面过程参数化方案的改进与评估研究大气模型是表征地球大气环流和气候变化的重要工具，它通过数值方法对大气中的物理和化学过程进行模拟和预测。
陆面过程是大气模型中的一个重要组成部分，它包括土壤水分、植被生长、蒸发散和地表反射等一系列陆地上发生的物理和生态过程。
这些过程对于模拟大气环流和气候变化具有重要影响。
然而，过去的研究发现，大气模型中对陆面过程的参数化方案存在着一定的不足之处，这些不足导致模型的模拟结果与实际观测存在一定的偏差。
因此，改进和评估大气模型中的陆面过程参数化方案是一个具有重要意义的研究课题。
改进大气模型中的陆面过程参数化方案的方法有很多，其中一种方法是基于观测数据对参数进行校正。
研究人员通过对陆地上的土壤水分、植被生长和蒸发散等进行实地观测，获取到了大量的陆面过程观测数据。
这些观测数据可以用来校正大气模型中的陆面过程参数，从而改进模型的模拟结果。
除了校正参数外，改进大气模型中的陆面过程参数化方案还可以采用新的物理机制和数值方法。
例如，传统的参数化方案忽略了土壤中潜热通量的储存效应，导致模型对陆地上的蒸发散过程模拟不准确。
为了改进这一问题，研究人员提出了一种新的参数化方案，考虑了土壤中潜热的储存效应。
通过对比新旧参数化方案的模拟结果，可以评估新方案的改进效果。
评估大气模型中的陆面过程参数化方案同样是至关重要的。
评估可以基于大量的观测数据，比如土壤水分观测数据、植被指数观测数据和地表辐射观测数据等。
研究人员可以将模型模拟结果与观测数据进行对比，通过一系列的统计方法来评估参数化方案的准确性和可靠性。
此外，还可以采用模拟实验的方式来评估大气模型中的陆面过程参数化方案。
研究人员可以设计不同的实验方案，对比不同参数化方案对模拟结果的影响。
通过对比不同实验结果，可以评估参数化方案的改进效果以及不确定性。
在改进和评估大气模型中的陆面过程参数化方案的研究中，也面临着一系列的挑战。
首先，陆地上的物理和生态过程是非常复杂的，参数化方案存在一定的简化和理想化。
大气边界层与风场特性的数值模拟与预测
大气边界层与风场特性的数值模拟与预测大气边界层是大气中重要的一部分，它与地面相接触并将地面特征和气象要素传递到大气中。
了解大气边界层的结构和风场特性对气象预测、空气质量评估等具有重要意义。
为了有效地模拟和预测大气边界层的风场特性，数值模拟方法成为了主要的研究手段之一。
大气边界层模拟的基本原理是通过求解Navier-Stokes方程来描述流体的运动，结合适当的参数化方案来模拟地面特征的贡献。
数值模拟方法的关键是建立准确的物理模型和高效的数值计算方法。
在大气边界层的数值模拟中，雷诺平均Navier-Stokes方程是基本方程之一。
它是通过对流场相关参数进行时间平均来消除涡旋和湍流的非定常性。
另一个重要的方程是湍流输运方程，描述了湍流动能的传输与消耗。
这些方程的求解需要采用适当的初始条件和边界条件。
大气边界层数值模拟中的一个重要问题是边界条件的设定。
由于大气边界层与地面接触，地面特征对边界条件的设置有着重要的影响。
一种常用的方法是在模拟中引入参数化方案，将地面特征的贡献以参数的形式体现出来。
例如，常用的地表粗糙度参数可以通过地表反射率和摩擦速度来计算。
数值模拟大气边界层风场特性的一个重要应用是气象预测。
气象预测的核心是对大气运动的数值模拟和预测。
通过对大气边界层的数值模拟，可以得到环流、风速等重要的气象参数，从而实现对未来气象变化的预测。
然而，大气边界层数值模拟和预测面临一些挑战。
首先，大气边界层是一个复杂的非线性系统，涉及到多个尺度的相互作用。
其次，边界条件的设定和参数化方案的选择也会对模拟结果产生影响。
此外，数值计算的稳定性和计算效率也是模拟中需要解决的问题。
为了克服这些挑战，研究者提出了许多改进的数值模拟方法。
例如，引入多尺度模拟方法可以更好地捕捉到大气边界层的尺度特征。
同时，通过数据同化技术将实测数据与数值模拟结果相结合，可以提高模拟和预测的准确性。
此外，随着计算机技术的进步，高性能计算平台也为大气边界层的数值模拟提供了更强的计算能力。
《WRF-Chem模式不同参数化方案对呼和浩特大气污染的数值模拟研究》范文
《WRF-Chem模式不同参数化方案对呼和浩特大气污染的数值模拟研究》篇一一、引言随着工业化进程的加快和城市化的发展，大气污染问题日益严重，对人类健康和环境造成了严重影响。
呼和浩特作为我国北方的重要城市，其大气污染问题也备受关注。
为了更好地了解和控制大气污染，本文采用WRF-Chem模式对呼和浩特大气污染进行数值模拟研究，并探讨不同参数化方案对模拟结果的影响。
二、WRF-Chem模式简介WRF-Chem模式是一种集成了WRF（Weather Research and Forecasting）模型和Chem（化学传输模型）的大气污染模拟模式。
该模式通过气象信息和化学信息的结合，可以对大气中的污染物进行精确模拟和预测。
该模式广泛应用于国内外大气污染的数值模拟研究中。
三、方法与数据1. 研究区域与方法选择本研究以呼和浩特市为研究对象，采用WRF-Chem模式进行数值模拟研究。
针对不同参数化方案进行对比分析，以探讨其对模拟结果的影响。
2. 参数化方案介绍本研究选取了三种不同的参数化方案进行对比分析，包括：方案一（默认参数化方案）、方案二（改进的边界层参数化方案）和方案三（考虑城市下垫面特征的参数化方案）。
3. 数据来源与处理本研究使用的气象数据和化学数据均来自相关气象和环保部门。
数据经过预处理后，输入到WRF-Chem模式中进行模拟。
四、不同参数化方案对模拟结果的影响1. 气象场模拟结果分析通过对不同参数化方案的模拟结果进行对比分析，发现方案二和方案三在气象场的模拟上具有较高的准确性，特别是在风速、风向和温度等关键气象要素的模拟上表现更佳。
而方案一在部分区域的模拟结果存在一定偏差。
2. 大气污染物浓度模拟结果分析针对不同参数化方案对大气污染物浓度的模拟结果进行分析，发现不同参数化方案对大气污染物的浓度分布和变化趋势具有较大影响。
其中，方案三在考虑城市下垫面特征的基础上，对大气污染物的模拟更为准确，尤其是在PM2.5、PM10等关键污染物的浓度分布上表现更佳。
mrf边界层参数化方案
mrf边界层参数化方案The MRF (Mellor-Yamada-Rumtsev-Fairall) boundary layer parameterization scheme is a widely used approach in atmospheric modeling to simulate the behavior of the lower atmospheric boundary layer, particularly in ocean-atmosphere interactions. This scheme is based on the Mellor-Yamada turbulence closure model, which incorporates the Rumtsev-Fairall modifications to better represent the effects of surface fluxes and stability conditions on the boundary layer structure.MRF边界层参数化方案是一种广泛应用于大气建模中的方法，用于模拟低层大气边界层的行为，特别是在海洋-大气相互作用中。
该方案基于Mellor-Yamada湍流封闭模型，并结合了Rumtsev-Fairall的改进，以更好地表现表面通量和稳定性条件对边界层结构的影响。
The core of the MRF scheme lies in its ability to represent the vertical structure and dynamics of the boundary layer, including the effects of wind shear, buoyancy forces, and turbulence transport. It employs a prognostic equation for the turbulent kinetic energy (TKE) to determine the strength and distribution of turbulence within the boundary layer.MRF方案的核心在于其能够表示边界层的垂直结构和动力学特性，包括风切变、浮力作用和湍流传输的影响。
边界层参数化方案(一)
边界层参数化方案(一)边界层参数化方案资料简介边界层参数化是一种优化系统性能的方法，通过将边界层的属性和行为参数化，可以使系统更加灵活、可维护和可扩展。
本文将介绍边界层参数化的定义、目标、实施步骤和效益。
定义边界层参数化是指将系统边界层（如API接口、用户界面）的属性和行为以参数的形式描述，并通过参数控制边界层的逻辑。
参数可以根据需求进行配置，从而使系统可以快速适应变化。
目标边界层参数化的目标是提高系统的灵活性、可维护性和可扩展性，具体包括以下几个方面： - 降低变更成本：通过参数化的方式，可以快速修改边界层的行为，而无需对代码进行重构或重新部署。
- 加快产品发布：通过参数配置，可以快速切换不同的功能或界面风格，从而加快产品发布速度。
- 提高代码复用：通过参数化的方式，可以减少重复代码的编写，提高代码的复用性和可维护性。
实施步骤边界层参数化的实施包括以下几个步骤： 1. 识别边界层：确定哪些部分属于系统的边界层，如API接口、用户界面等。
2. 定义参数：根据边界层的属性和行为，确定需要参数化的部分，并定义相应的参数。
3. 实现参数控制：在系统中实现对参数的控制，可以通过配置文件、数据库或运行时参数来进行配置。
4. 测试和验证：对参数化后的系统进行测试和验证，确保参数的配置对系统的行为有所影响。
5. 持续改进：根据实际使用情况，对参数进行调整和优化，以提高系统的性能和灵活性。
效益边界层参数化可以带来以下几个方面的效益： - 提高系统的灵活性：通过参数化的方式，系统可以根据需求快速调整边界层的行为，适应各种情况的变化。
- 改善系统的可维护性：通过参数化的方式，可以将边界层的行为和属性集中管理，便于代码的维护和修改。
- 加快产品发布速度：通过参数配置，可以快速切换不同的功能或界面风格，加快产品的上线时间。
- 提高代码复用性：通过参数化的方式，可以减少重复代码的编写，提高代码的复用性和可维护性。
大气边界层模式的改进与应用研究
大气边界层模式的改进与应用研究大气边界层（ABL）是指位于地球表面和自由大气之间的一层空气，是气象学中重要的研究对象。
ABL的特性对于气象预报、空气污染分析、气候变化研究等具有重要的影响。
为了提高ABL模式的准确性和可靠性，许多改进方法被应用于ABL模式研究。
本文将探讨近年来大气边界层模式的改进以及其在实际应用中的研究。
一、ABL模式改进方法1. 数值模拟技术数值模拟技术在改进ABL模式中起到了重要的作用。
通过提高数值模拟的空间分辨率、时间分辨率和物理参数化方案等，可以更准确地预测ABL的演变过程。
同时，数值模拟技术可以利用大量的观测数据进行模型验证和调整，进一步提高模式的可靠性。
近年来，随着计算机硬件和算法的发展，数值模拟技术在ABL模式改进中得到了广泛应用。
2. 参数化方案改进参数化方案是指将ABL中的各种物理过程转化为数学公式，以模拟其变化过程。
改进参数化方案是提高ABL模式准确性的关键。
近年来，通过引入更精确的观测数据，改进粗糙度、辐射传输、湍流模型等参数化方案，使模式能更真实地模拟ABL的边界层结构和动力特征。
二、ABL模式的应用研究1. 气象预报与天气灾害预警ABL模式在气象预报和天气灾害预警中具有广泛的应用。
通过模拟ABL的演变过程，可以对近地面的风速、湿度、温度等参数进行预测，为天气预报提供基础数据。
此外，ABL模式还可以模拟风暴、台风等天气灾害的发展规律，并提供预警信息，帮助减少灾害风险。
2. 空气污染分析与治理大气边界层中的空气污染物传输和扩散对于环境和人类健康具有重要的影响。
ABL模式可以模拟空气污染物在边界层中的输送和分布过程，帮助研究人员分析污染源、判断污染扩散的范围与方向，推断空气污染的潜在风险。
在城市规划和环境治理中，ABL模式的应用能够提供科学依据和技术支持。
3. 气候变化与生态环境研究随着气候变化的加剧和人类对环境的影响，研究大气边界层的变化对于理解气候系统和生态环境的变化具有重要意义。
《2024年WRF-Chem模式不同参数化方案对呼和浩特大气污染的数值模拟研究》范文
《WRF-Chem模式不同参数化方案对呼和浩特大气污染的数值模拟研究》篇一一、引言随着城市化进程的加快和工业的快速发展，大气污染问题日益严重，尤其是在像呼和浩特这样的大城市中。
为深入探究不同大气环境条件下的污染物传播、演变规律以及提出相应的减排策略，采用先进的数值模拟方法成为了有效的研究手段。
本论文着重研究了WRF-Chem模式不同参数化方案对呼和浩特大气污染的数值模拟研究。
二、WRF-Chem模式介绍WRF-Chem（Weather Research and Forecasting with Chemistry）是集合了大气模式（WRF）与化学模型为一体的模型，主要针对全球和区域尺度的大气污染物扩散和输送进行研究。
其通过参数化方案描述物理过程，包括物理化学过程、云微物理过程等，进而模拟出大气的物理化学状态。
三、不同参数化方案对呼和浩特大气污染的数值模拟本研究采用了WRF-Chem模式中不同的参数化方案，对呼和浩特的大气污染进行了数值模拟。
通过调整不同的参数化方案，如气溶胶微物理过程、边界层参数化方案等，以研究这些参数化方案对呼和浩特大气污染模拟结果的影响。
1. 不同气溶胶微物理过程的模拟结果分析气溶胶微物理过程在影响大气的化学性质方面具有重要作用。
在数值模拟中，通过对比不同的气溶胶微物理过程参数化方案，我们发现对某些特定的污染物如PM2.5、PM10等的模拟结果产生了显著的影响。
某些方案更准确地预测了这些污染物的空间分布和时间变化规律。
2. 不同边界层参数化方案的模拟结果分析边界层是大气低层的一个关键区域，对于空气质量、气象灾害等具有重要影响。
通过对比不同的边界层参数化方案，我们发现这些方案对呼和浩特的温度、湿度等气象条件以及污染物浓度的模拟结果产生了明显的影响。
某些方案在模拟过程中更准确地反映了实际的气象条件和污染物传播情况。
四、结论本研究通过对比WRF-Chem模式中不同参数化方案对呼和浩特大气污染的数值模拟结果，发现不同的参数化方案对模拟结果产生了显著的影响。
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进对陆气相互作用 的影响， 结果表 明： 采用湍流动能闭合方法可以更合理的描述边界层的高度及其
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变化更加合理。同时对降水 、 气温等气候要素 的模拟有一定的改善， 尤其是对直接受边界层参数化
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第３ 卷 ｌ
第 ４
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象
科
学
Ｖｏ ．３ ，Ｎｏ ４ １ １ ．
Ａｕ ．，２ ｇ ０１１
２１ ０ １年 ８月
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｅ Ｍｅｅ ｒｌｇ ｃ ｌＳ ｉｎ ｅ ｏ ｒ ａ ｆｔ ｔ ｏｏｏ ｉａ ｃｅ ｃ ｓ ｈ
郑益群 ， 俊岭 ， 高 曾新 民． 边界层参数化方案 对陆气相互作用影响 的模 拟研究． 气象科 学 ，０ １３ （ ）５ １ ０ ． ２ １ ，１ ４ ： － ９ ０５
郑 益群 高俊岭 曾新 民
（ 放 军理 工 大学 气象 学 院 ， 京 ２ １０ ） 解 南 １ １ １
摘 要 利 用 湍流 动能 闭合 方法 对 区域 气候 模 式 Ｒ ｇ Ｍ３中的边 界 层 参 数 化 方案 进 行 了改进 ， ｅＣ 然后利用 中国东部典型旱、 涝年资料进行 了改进效果对比试验 ， 并着重分析 了边界层参数化方案改
方 案 影响 的温度 的模 拟 ， 改善更 为 明 显。 其
关键词 分 类号
边界层参数化 ；东亚气候 ；模拟研究 Ｐ ３ ． 文 献标 识码 Ａ ４５ １
Ｓ ｍ ｕ ａ ｉｎ ｒ ｓ ａ ｃ ｆｉ ｆｕ ｎ ｅ ｏ ｌ ｎ ｔ ｒ ｕ ｄ ｒ ａ ｅ ｉ ｌ ｔｏ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｎ ｅ ｃ ｆｐ ａ ｅａ ｙ ｂｏ ｎ ａ ｙ ｌ ｙ ｒ ｌ
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边 界 层 参 数 化 方 案对 陆气 相 互 作 用 影 响 的 模 拟 研 究