一、水平非均匀对流边界层热量平衡和平流输送作用的大涡模拟（论文文献综述）
余洋[1]（2021）在《东海黑潮与热带气旋相互作用的数值模拟与诊断分析》文中进行了进一步梳理东海黑潮与热带气旋的相互作用极大地影响着中国近海的天气变化,是海气相互作用研究的重要课题,也是中国社会关注的热点科学问题之一。本文利用优化的区域耦合模式,结合统计分析、个例诊断和全动力收支平衡分析,从海气相互作用的角度,探讨了东海黑潮影响不同类型热带气旋发展过程的物理机制和东海黑潮对不同类型气旋的不同发展阶段的响应过程。对区域海气耦合模式进行了优化改进,形成了一个适应于东海黑潮和台风模拟的区域耦合模式。首先,对现有的海气耦合模式进行了参数化方案敏感性试验;其次,通过将黑潮流场、台风、波浪状态、以及采用包含各种粒子半径的飞沫生成函数计算的海洋飞沫通量等影响因子纳入计算,改进了海气通量的计算方法;最后,优化形成的区域模式能够更好地模拟气旋强度、路径、海气界面的动量通量和感热通量等要素。在东海黑潮对热带气旋发展过程的影响方面,利用改进的区域耦合模式,结合统计分析得到的黑潮最有效增强条件（气旋移动速度为6±1.5 m/s,与黑潮主轴平均距离为25±15 km）,针对3组不同类型热带气旋（增强、减弱和异常）的发展过程,系统地揭示了东海黑潮影响气旋是通过湍热通量实现的:东海黑潮触发局部对流爆发,先后在热力学、动力学边界层形成向上输送热量、水汽的垂直混合通道,并在约4 km高度形成径向流出和更高层的深对流,形成了黑潮驱动的湍热通量影响机制。其中,对比不同气旋的发展过程发现:（1）黑潮是该机制的触发者和能量源,决定该机制是否发生;而由气旋的强度、移动速度等个体特征,和海气环境要素则决定该机制的强度与时长;（2）黑潮影响与气旋强度并不是线性关系,而是对强度和移速适中的气旋,进行增强的效率最高,强化阶段也能维持更长时间;对强度大、移速快、路径异常的个例,由于海气差异变小、对流爆发快速消失,该机制则较快转为停滞,无法持续地影响气旋。在东海黑潮区域对热带气旋的响应方面,利用优化的模式,通过全动力收支平衡分析,定量地探讨了3组不同类型热带气旋（增强、减弱、异常）在输运强化和停滞阶段对东海黑潮区域产生不同的三层垂向响应及其可能机制:（1）在增强个例中,其强化阶段将在风速最大和对流爆发的海面发生降温,次表层增暖,其贡献来自于风致混合项（69%）,压力梯度项（30%）,平流项（1%）;其停滞阶段降温恢复,增暖扩大,并且在更大深度出现冷暖间或的条带状特征,而三项贡献比重变为29%,69%,2%;（2）在减弱个例中,对海洋表层造成了较强的降温和次表层增暖,三项贡献比重为86%,0.3%,13.7%;其停滞阶段,表层降温仍然存在,次表层增暖逐渐变小,三项贡献比重变为4%,85%,11%。（3）在路径异常个例中,进入打转路径前的海洋响应由风致混合主导（84%）。而开始和完成打转后,风向与黑潮流向的相对变化造成前者由压力梯度驱动的流场与Ekman流相对运动产生混合;后者由惯性流和Ekman流相对运动产生上升流,并且在此过程中压力梯度和风致混合的贡献相当。对比3组不同个例,发现响应过程的主要贡献源会发生变化,其转折点为海气界面对流爆发消失的时刻。综上所述,通过海气界面的对流爆发作为链接点,将东海黑潮对热带气旋的影响机制和东海黑潮对热带气旋的响应机制连接起来,并在二者互为驱动,相互影响下,共同构成了较为完整的东海黑潮区域热带气旋的海气相互作用过程。
李雪洮,梁捷宁,郭琪,徐丽丽,张镭[2]（2020）在《利用大涡模式模拟黄土高原地区对流边界层特征》文中研究指明边界层湍流所引起各物理量的垂直输送在大气过程中起着重要作用。研究对流边界层特征对分析污染物扩散条件,认识陆气间物质、能量的输送交换机制和提高数值模式模拟能力具有重要意义。受限于目前许多地区通量观测站较少、资料时空分辨率较低,为了研究黄土高原地区大气边界层结构及其特征,将中尺度气象模式WRF（The Weather Research and Forecasting Model）与大涡模式WRF Large-Eddy Simulation（WRF-LES）嵌套使用,分析了黄土高原夏季温湿廓线情形下,由热力驱动的边界层结构特征。结果表明:（1）WRF-LES模拟的地面风温场能较好地显示边界层典型湍流结构,其他气象要素的模拟结果也比较符合边界层实际。（2）混合层顶所在的1000 m高度处垂直湍流强度最大,强夹卷作用导致湍涡尺度减小且涡旋数量增多。（3）在模拟区选定的参数化方案下,采用夏季实际粗糙度0.062 m替换模式默认值0.1 m,发现使用实际粗糙度的模拟温度较之前低0.4 K,与模拟区中心处的观测数据更接近,说明采用合理的粗糙度对提高WRF-LES模拟效果有重要作用。
王蓉,张强,岳平,黄倩[3]（2020）在《大气边界层数值模拟研究与未来展望》文中指出大气边界层作为连接下垫面和自由大气的重要桥梁,不仅影响局地的各种天气过程的发展和演变,而且在区域和全球的天气和气候变化中也扮演着关键角色。鉴于大气边界层自身的复杂性,对其数值模拟一直以来都是大气数值模拟研究中的热点和难点。通过归纳近几十年来大气边界层数值模式发展经历的3个阶段,梳理了干旱半干旱区、青藏高原地区和城市复杂下垫面3个陆地气候关键区边界层过程,以及海洋上特殊的台风边界层数值模拟研究取得的重要进展;总结出当前大气边界层数值模拟研究所面临的5个亟待解决的关键科学问题:云与边界层相互作用、边界层参数化、模式分辨率、边界层资料同化以及边界层发展机制。并明确了该领域未来需要在加强不同类型大气边界层过程的认识、边界层底和顶界面交换过程的理解、特殊地区边界层发展机制的解释、边界层参数化方案的改进、大涡模拟在边界层模拟中优势的充分发挥等5个方面开展重点研究,以期能为今后更系统地开展大气边界层数值模拟及相关研究提供参考依据。
严超,苗世光,刘郁珏,崔桂香[4]（2020）在《森林下垫面大气环境多尺度模拟研究》文中提出植被是重要的城市地表覆盖类型之一,它通过蒸散降温和阻挡强冷空气,对城市风温湿大气微环境和污染物扩散特征会产生显着影响.准确预测植被环境流动和标量输运特性,理解植被与大气之间湍流交换过程,对城市环境改善具有重要意义.文章建立和发展了适用于森林植被环境湍流流动和标量场演化仿真计算的大涡模拟方法,将中尺度气象预报模式与微尺度精细大涡模拟方法耦合,利用地表能量平衡关系考虑大气辐射等多物理过程,研究了典型天气条件下复杂森林下垫面大气流动问题.通过考察不同大气稳定度条件下森林植被环境流动发现,在不稳定和稳定大气情况,浮力分别起到增强和抑制大气湍流混合作用,风切变也相应减小和增加.在北京奥林匹克森林公园的多尺度模拟试验中,通过与外场观测结果比较,文章验证了耦合模型可以较好地模拟城市复杂地表上空风速、温度和相对湿度的日变化.尤其是对于风场的模拟,耦合方案明显优于传统中尺度数值模拟,这主要是由于耦合方案既考虑了外部中尺度流动的影响,又通过降尺度方法可以精细分辨城市非均匀地表粗糙元素分布,从而较为精确的复现了城市粗糙子层内复杂大气流动和湍流通量输运.
王体健,高太长,张宏昇,葛茂发,雷恒池,张培昌,张鹏,陆春松,刘超,张华,张强,廖宏,阚海东,冯兆忠,张义军,郄秀书,蔡旭晖,李蒙蒙,刘磊,佟胜睿[5]（2019）在《新中国成立70年来的中国大气科学研究:大气物理与大气环境篇》文中研究指明新中国成立以来,中国大气物理与大气环境学科不断发展,为大气科学的发展提供了重要支撑,为国民经济的发展提供了重要保障.文章着重介绍新中国成立70年以来中国大气物理与大气环境学科发展的总体概况,梳理改革开放40年大气物理与大气环境学科的主要研究进展,总结21世纪以来的突出研究成果,指出面临的重大问题和挑战,提出未来的重点方向和发展建议.
玛格丽特·雷蒙,WAYNE M.ANGEVINE,CHRISTOPHER S.BRETHERTON,FEI CHEN,JIMY DUDHIA,EVGENI FEDOROVICH,KRISTINA B.KATSAROS,DONALD H.LENSCHOW,LARRY MAHRT,EDWARD G.PATTON,JIELUN SUN,JEFFREY WEIL,李婧华,贾朋群[6]（2019）在《第9章 边界层气象学100年进步》文中研究说明在过去的100年里,边界层气象学从以近地面观测为主的学科,发展为涵盖全球各种大气边界层（ABL）的领域。从一开始,研究人员就从不断扩展的学科——热力学、土壤和植物研究、流体动力学和湍流、云微物理学和气溶胶等汲取经验。为了研究颗粒物和痕量气体的扩散,研究范围向上扩大到包括整个ABL,之后研究延伸到在数值天气气候模式表征ABL（从1970—1980年代开始）,并利用其他领域的发展带来的机会,包括大涡模拟（1970年代）、直接数值模拟（1990年代）和从地面、大气和空间中对边界层进行外场和远程采样的仪器。1940—1970年代,近地面通量廓线关系研究迅速发展,当时迅速发展的领域转向了晴朗天气对流边界层（CBL）,尽管热带CBL研究可以追溯到1940年代。1980年代,ABL研究开始包括ABL与地面和云的相互作用,并出现了第一个ABL参数化方案;陆面和海面模式也蓬勃发展。随后几十年中,研究侧重于因天气气候模式的缺陷或不确定性而发现的更为复杂的ABL,包括稳定边界层、北极边界层、阴天边界层和非均匀地面（包括城市）上的ABL。最后进行了简要概述,总结了一些经验教训,并展望了未来。
孟智勇,张福青,罗德海,谈哲敏,方娟,孙建华,沈学顺,张云济,汪曙光,韩威,赵坤,朱磊,胡永云,薛惠文,马亚平,张丽娟,聂绩,周瑞琳,李飒,刘泓君,朱宇宁[7]（2019）在《新中国成立70年来的中国大气科学研究:天气篇》文中提出天气指某一个地区距离地表较近的大气层在短时间内的具体状态.大气中气象要素的空间分布可表现为各种瞬息万变的天气现象,这些天气的分布和变化是由不同时空尺度的天气系统引起的.天气与民生息息相关,其发展演变一直是大气科学研究和应用的重点领域.天气学的发展与观测系统、动力学理论和数值模式的发展密切相连.中国从20世纪50年代初开始建设观测网,到目前已建成门类齐全、布局合理的地基、空基和天基综合气象观测系统.特别是新一代稠密雷达网以及风云卫星系列的发展以及多次大型野外观测试验的实施使我们对天气的认识从宏观的天气形势深入到中小尺度天气系统精细热动力、云微物理结构和演变特征.观测系统的发展同时也促进了理论、数值模式和模拟的发展,中国已由初期主要以引进国外模式为主发展为目前主要发展具有中国自主知识产权的数值模式系统,基于高分辨数值模拟结果对不同尺度天气的发生发展机理和可预报性有了深入理解.此外,天气学已由初期的独立发展逐渐向多学科交叉方向转变,气候和环境的变化与天气演变之间的相互作用已成为大气科学的热点和前沿问题.文章重点回顾过去70年来中国在对天气演变起重要作用的天气现象及其短期变化过程的物理本质、演变规律和预报方法领域所取得的重大科学和技术成果,主要根据正式发表的文献从大气动力学、天气尺度天气特征、台风及热带天气、强对流天气特征、数值天气预报及资料同化,以及天气与气候、大气物理及大气环境等交叉领域六个方面分别加以综述.
吴稀稀[8]（2019）在《夏季金塔绿洲效应影响因素的理想数值模拟研究》文中进行了进一步梳理本文利用“绿洲系统非均匀下垫面能量水分交换和边界层过程观测与理论研究”（JTEXP）实验期间的温度、水汽、气压和风场探空廓线数据作为模式初始场,以及复杂地形上的高分辨率边界层数值模式BLASIUS（Boundary layer Above Stationary,Inhomogeneous Uneven Surface）,通过一系列的理想数值试验,从热力和动力作用影响绿洲效应的角度出发,分析了植被类型、数值试验初始时刻的沙漠与绿洲之间平均地表温度差值（后文统一称为地表温差）、浮力频率（Brunt–V?is?l?frequency）、地形以及背景风速等因子对绿洲效应的影响。得到以下几点主要结论:（1）利用金塔实验中8月3日的10:00的GPS探空数据作为BLASIUS模式的初始场进行植被类型的敏感性试验,分析了五种典型的植被类型分布对绿洲效应的影响。模拟结果表明,植被类型为农作物时潜热通量相较于其他植被类型大,感热通量小,绿洲效应强,植被类型为灌木与多年生地被植物时潜热通量相较于其他类型小,感热通量大,绿洲效应弱,影响时间短。同时,“冷岛”和“湿岛”的强度较强时,影响范围可延伸到绿洲周边的沙漠区,强度越强影响范围越大,沙漠区也会受到冷湿空气的影响,这有利于沙漠向绿洲的演变过程;在模式初始时刻改变沙漠与绿洲之间的平均地表温度差,结果显示绿洲上“冷岛”在垂直方向的差异主要表现在500 m高度以下,“湿岛”在垂直方向的差异主要表现在250 m高度以下。地表温差改变后“湿岛”在三维结构上的表现存在变化,并且较“冷岛”的变化滞后约一个小时。将地表温差从1 K增大到6 K后,绿洲上“冷岛”的宽度增加,“湿岛”的高度降低了70 m左右;在沙漠绿洲的温度差异驱动的局地环流中,绿洲上空以稳定层结为主,被下沉气流控制。在改变稳定度的理想数值试验结果表明,增大浮力频率,绿洲上的上升气流增多,下沉区的高度降低,1.5 km高度以上沙漠上的上升气流垂直速度增大。（2）讨论地形配置和背景风速两个动力因素对绿洲效应的影响。试验同样采用金塔试验的观测数据作为初始场。试验设计了三种地形配置讨论绿洲效应在不同下垫面上的表现,结果显示,山谷引起的局地环流与沙漠绿洲引起的局地环流同向时,山谷绿洲的绿洲效应增强。模拟区域内山谷区域内较山坡“冷”和“湿”的现象的持续时间小于绿洲“冷岛”和“湿岛”现象,但是山谷较“冷”较“湿”的现象的影响高度大于绿洲的影响高度;当背景风场为静风场且在平地地形条件下,绿洲两侧的绿洲-沙漠次级环流对称性较好,靠近绿洲的沙漠上升气流和下沉气流速度均大于其他区域。在有地形条件下,增大背景风速,形成的绿洲-沙漠环流的对称性减弱,较强的上升流位于风场上游的绿洲低空。同时随着风速增大,风场上游的次级环流中心高度降低,风场下游的次级环流中心高度升高。
李雪洮[9]（2019）在《利用大涡模式模拟黄土高原大气边界层特征》文中指出大气边界层内各物理量的湍流垂直输送是实现地表与大气之间物质和能量交换的关键因素,在陆气过程中起着重要作用,而边界层结构决定着湍流输送的强弱,深入研究边界层结构对认识陆气间物质、能量输送交换机制和提高数值模式模拟能力具有重要意义。针对目前黄土高原地区通量观测站较少、资料时空分辨率较低的限制,本文将中尺度气象模式The Weather Research and Forecasting Model（WRF）与大涡模式WRF Large-Eddy Simulation（WRF-LES）嵌套起来进行数值模拟研究。在模式得到验证的基础上模拟分析了黄土高原夏季温湿廓线,进而考查由热力驱动的对流边界层特征。利用WRF-LES,结合中国气象局高空气象数据,进行了高时空分辨率的大气边界层模拟试验。在两组模拟试验中,通过控制输入有/无沙尘情形下的温度廓线、水汽混合比廓线和风分量廓线,分析沙尘天气对黄土高原地区大气边界层结构产生的影响。主要结果如下:（1）榆中站探空资料显示,2018-04-0220:00无沙尘的晴天背景下,近地100 m高度内位温随高度由312.0 K上升至316.0 K;水汽混合比从地面至100 m高度由2.6 g/kg迅速降低至1.9 g/kg,100 m以上呈现波动降低趋势,从1.9 g/kg逐渐降低至1.0 g/kg。2018-04-0420:00有沙尘时,位温在2000 m以下基本保持为297.0 K,之后随高度逐渐增加到312.0 K;近地层内水汽混合比随高度增加下降较快,由3.0 g/kg降至2.6 g/kg;100 m至2500 m高度内,水汽混合比基本不随高度变化,维持在2.7 g/kg。沙尘天气时的位温总体较晴天低15.0 K左右,两者的差异随高度增加逐渐减小。（2）利用WRF-LES模拟得到无沙尘时不同高度位温和水平风场的空间分布情况,位温的分布范围是312.9314.4 K,位温的水平分布特征在低层各高度层基本一致且位温水平梯度较大,说明离地100 m高度内边界层混合作用不强。相比之下高层混合作用强、位温水平分布更均匀。有沙尘时,位温的分布范围为299.0300.8 K,较无沙尘时低13.9 K。低层位温场以模拟区域东北角为低值中心,呈不规则环状交错结构。与无沙尘情形相比,有沙尘时位温和风场的水平分布情况随高度变化更快。（3）由WRF-LES模拟的南北方向位温垂直分布剖面得出,无沙尘时模拟区域南部的位温垂直剖面分布范围是312.9314.0 K,近地面位温最高且分布最不均匀,表现为沿东西方向冷暖气团交替分布,位温水平梯度较大。模拟区域中部的位温垂直剖面分布范围是313.1314.0 K,高位温气团从地面延伸发展至1500 m高度。有沙尘时模拟区域南部、中部和北部的位温垂直剖面分布范围均为298.9300.3 K,地面强位温中心向上发展至距地1200 m左右。沙尘天气时不同位置垂直剖面的空间分布形势更类似,说明有沙尘时模拟区域不同位置的垂直发展强度更加均匀。（4）WRF-LES模拟的无沙尘情形下,水汽混合比在离地10 m高度的水平分布范围是2.02.8 g/kg,呈现不规则网状结构。在离地100 m高度,水汽混合比的分布范围是1.82.4 g/kg,网状结构不再明显,模拟区域内主要是均匀分布的水汽混合比为1.8 g/kg的低湿区域。在离地1000 m高度,水汽混合比的分布范围是1.92.1 g/kg,水汽混合比的水平分布较低层更加均匀,湍涡尺度有所减小。有沙尘时,各高度层水汽混合比数值均显着高于无沙尘情形。在离地10 m高度,水汽混合比的分布范围是3.03.3 g/kg,较无沙尘时高1.0 g/kg左右。在离地1002000 m高度,水汽混合比的分布范围是3.03.1 g/kg,水汽混合比的水平梯度较地面有所减小,水平分布逐渐均匀。（5）2007-08-1310:00研究区域的边界层高度为10521122 m,边界层最大高度出现在正午14:00,是2700 m;凌晨03:0006:00边界层高度小于100 m。当地垂直方向的湍流强度从地表至1000 m随高度增加而增大,在1000 m附近达到最大值0.07,1000 m以上随高度增加而减小。结合边界层高度的模拟结果,1000 m正是SACOL上午10:00混合层顶所在高度,区域平均位温廓线也在1000m高度处存在明显的梯度不连续,说明在混合层顶的垂直湍流强度最大,湍流垂直混合最剧烈。水平方向湍流强度在近地层内随高度增加略有减小,再向上湍流强度先接近常数（0.46）然后减小,并在2000 m处再次增大。从区域平均的位温廓线可知,2000 m高度以上存在一较厚的逆温层。（6）WRF-LES模拟的地面温度为301.7302.3 K,混合层顶所在的1000 m高度处温度较地面降低7.7 K,为294.0294.6 K。WRF-LES模拟的地面温度场呈现不规则网状结构,高温、低温区互相交错且无序,显示了对流边界层的典型大涡结构。以实际粗糙度0.062 m替换模式默认粗糙度0.100 m后,大涡模式模拟的地面温度整体较之前低0.4 K,与模拟区域中心SACOL的观测数据更接近,说明采用合理的粗糙度对提高WRF-LES模拟效果有重要作用。
李岩[10]（2018）在《新疆博斯腾湖沿岸戈壁区低层大气物理特征及形成机制分析》文中指出低层大气是受到下垫面非均匀性直接影响的一层大气,也是行星表面与大气层之间进行各种物质和能量交换的必经通道,是人类自身赖以生存的主要活动空间。本文分别利用2013、2016和2017年新疆博斯腾湖东南岸戈壁区的观探测资料,对当地14km×13km区域内近地面气象要素时空变化特征、近地层微气象特征和大气边界层结构特征进行了诊断分析,得到了一些当地陆—气相互作用方面有意义的研究结论。此外,采用WRF中尺度数值模式对促成研究区局地环流形成的热力和动力因素,以及流场的昼夜演化进行了模拟和分析;通过在4层中尺度模拟内嵌套2层大涡模拟来进行动力降尺度,实现了西北干旱戈壁区复杂地形条件下近地面风场的精细化模拟,并进一步针对风场模拟的陆面影响因子进行了敏感性分析。主要结论如下:（1）由于博湖的热力效应和对水分输送的影响,使得研究区表现出明显的小气候特征。春、夏季白天南北方向上温度梯度十分明显,最高接近0.5℃/km;秋季白天南北方向温度差异基本消失;冬季湖面结冰后,博湖成为绝对冷源。在湖—陆热力差异和地形起伏的共同作用下,观测区全年均存在流场的昼夜交替现象,在位于博湖东南岸的观测区内,白天从湖面吹来的偏北风占据主导,而夜间则以东南风为主,夏季湖风最强,春季次之,而秋季由于湖—陆热力差异的降低,湖风持续时间最短,冬季随着白天湖—陆热力差异的恢复,湖风有所增强。春、夏、冬三季,观测区离岸6km范围内的近地面风场一致性很高,平均风速有明显的日变化规律,整体上白天风速高于夜间,湖—陆风向转换时段风速较小,而秋季无明显的风速日变化规律。此外,博湖对邻近戈壁区水分输送的影响贯穿全年,夏季最强,影响范围达到离岸8.5km以上,观测区南北方向日内平均比湿差为2.5g·kg-1,白天湖岸边大气比湿变化与邻近戈壁区相比存在十分显着的差异;冬季博湖对研究区湿度影响程度最低,持续时间最短。（2）研究区大气边界层结构及其日内演化体现出西北干旱戈壁区的典型特征。近地层大气稳定度呈现明显的季节变化,夏季湍流混合作用最强;春季切应力对湍流做功为全年最高;秋季浮力和切应力对湍流做功都呈现下降趋势;冬季一天中的大部分时间湍流运动受到抑制。边界层热力结构呈现出典型的日变化特征,位温廓线有明显的分层结构,稳定边界层和对流边界层结构清晰可见。夏季对流边界层整体高度在1800m以上,晴天条件下能够发展出超过4300m的特厚边界层,而较早出现的稳定边界层厚度能够达到1700m。由于受到水汽平流输送的影响,春、夏、秋三季近地层都会出现高度较高、持续全天的离地逆湿,冬季则主要出现接地逆湿。夏季白天对流边界层的湿度结构受到水汽含量的影响,比湿向上递减分布、等湿分布和逆湿状态均有可能出现,夜间边界层水汽以地表蒸发的贡献为主。不同季节近地层风速廓线差异很大,但全年大部分时次风速廓线在70m高度会出现一个明显的转折,70m以上风速梯度明显较下层大。很多情况下,夜间低空急流会伴随着稳定边界层出现,夏季08时低空急流平均高度约为500m。（3）由于湖—陆非均匀下垫面热力差异的影响,夏季观测区内还存在明显的“冷岛效应”,博湖“冷岛”的影响高度可以达到距地1500m以上。夜间湖岸边的边界层大气温度要低于邻近戈壁区,白天则会出现类似于热岛的“交叉现象”,即湖岸边界层底部温度低而其他部分温度高。全天湖岸边界层的水汽含量均高于邻近戈壁,相比于绿洲“冷岛”,当地边界层湿度差异要更加明显。湖岸边稳定大气边界层出现时间早,持续时间长。与邻近戈壁区相比,湖岸边对流边界层位温廓线形态存在明显差异,无明显混合层和卷夹层出现。此外,夏季观测区边界层内存在明显的环流特征,午后湖风环流平均高度在2000m以上。（4）研究区下垫面性质的不均匀性为次级环流的形成提供了热、动力条件,而中尺度模拟结果能够清晰地呈现出博湖地区大气流场的昼夜交替演化,夜间沿南部库鲁克塔格山山顶形成流场辐散带,而在博湖湖面形成流场辐合中心;白天湖面转变为辐散中心,而沿库鲁克塔格山山顶形成强辐合带,并伴随剧烈的气流上升运动,而湖面则以下沉气流为主,午后随着湖风的增强,在研究区上空形成明显的湖风环流。库鲁克塔格山为研究区大气流场的昼夜交替创造了有利条件,一方面因山体受热不均引起的地形环流与湖—陆热力差异形成的环流相同步,使得当地环流强度进一步加强、影响范围更大;另一方面东西走向的山体有效的遮挡了南北向背景风场的影响,使得环流发展高度较高。（5）将大涡模拟嵌入中尺度模式是实现西北干旱戈壁区近地面风场精细化模拟的有效手段,能够显着提高模拟风场的起伏性和间歇性,使其更符合实际大气特征。此外,将大涡模拟应用于地形复杂地区时,与网格尺度相匹配的的地形数据对于提高近地层风场模拟准确性十分重要。作为研究区主要的陆面特征参数,土壤湿度和地表粗糙长度均会对近地面风场模拟造成影响,土壤湿度增加会造成近地面风速降低,而地表粗糙度则会影响边界层内动量的向下输送,此外,地表粗糙度对近地面风速的影响与大气稳定度间体现出一定的关系。
二、水平非均匀对流边界层热量平衡和平流输送作用的大涡模拟（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、水平非均匀对流边界层热量平衡和平流输送作用的大涡模拟（论文提纲范文）
（1）东海黑潮与热带气旋相互作用的数值模拟与诊断分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 前言 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 热带气旋与西边界流相互作用 |
| 1.2.1 飓风与湾流相互作用研究 |
| 1.2.2 东海热带气旋与黑潮相互作用研究 |
| 1.3 拟解决科学问题 |
| 1.4 章节安排 |
| 第二章 数据和方法 |
| 2.1 数据资料 |
| 2.1.1 台风数据 |
| 2.1.2 实测数据 |
| 2.1.3 再分析数据 |
| 2.2 研究方法 |
| 2.2.1 耦合模式(COAWST)介绍 |
| 2.2.2 分析方法 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 区域耦合模式优化改进 |
| 3.1 数值模式设置 |
| 3.2 海气参数化方案敏感性试验 |
| 3.3 海气界面通量的改进 |
| 3.4 模式结果验证 |
| 3.4.1 大气结果验证 |
| 3.4.2 海洋结果验证 |
| 3.4.3 热带气旋结果验证 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 东海黑潮对热带气旋的影响 |
| 4.1 黑潮影响热带气旋强度与路径的统计分析 |
| 4.2 黑潮对增强热带气旋的影响过程 |
| 4.3 黑潮对减弱和其他异常热带气旋的影响过程 |
| 4.3.1 减弱个例分析 |
| 4.3.2 其他异常个例分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 热带气旋对东海黑潮区域海洋的影响 |
| 5.1 热带气旋对上层海洋影响的统计分析 |
| 5.2 热带气旋对黑潮区域海表的影响 |
| 5.2.1 动力学响应 |
| 5.2.2 热力学响应 |
| 5.3 热带气旋对黑潮区域海洋垂直结构的影响 |
| 5.3.1 热力学响应 |
| 5.3.2 动力学响应 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 本文主要结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（2）利用大涡模式模拟黄土高原地区对流边界层特征（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 数据来源与方法介绍 |
| 2.1 模式方案 |
| 2.2 WRF模拟结果验证 |
| 3 边界层结构及特征分析 |
| 3.1 WRF模拟的边界层高度 |
| 3.2 边界层湍流强度和位温廓线 |
| 3.3 不同高度的温度场及风场 |
| 4 结论与讨论 |
（3）大气边界层数值模拟研究与未来展望（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 大气边界层模式的发展历程 |
| 2.1 起步阶段 |
| 2.2 中尺度模式模拟阶段 |
| 2.3 大涡模拟阶段 |
| 3 气候关键区边界层过程的数值模拟研究 |
| 3.1 干旱半干旱区 |
| 3.2 青藏高原地区 |
| 3.3 城市复杂下垫面 |
| 3.4 台风边界层 |
| 4 面临的关键科学问题 |
| 4.1 云与边界层相互作用的问题 |
| 4.2 边界层参数化的问题 |
| 4.3 模式分辨率的问题 |
| 4.4 边界层资料同化的问题 |
| 4.5 边界层发展机制的问题 |
| 5 未来的发展方向 |
| 5.1 加强对不同类型大气边界层过程的认识 |
| 5.2 加深对边界层底和顶界面交换过程的理解 |
| 5.3 完善对特殊地区边界层发展机制的解释 |
| 5.4 改进和完善大气边界层参数化方案 |
| 5.5 充分发挥LES在边界层模拟中的优势 |
| 6 结语 |
（4）森林下垫面大气环境多尺度模拟研究（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 森林植被环境流动的大涡模拟方法 |
| 2.1 大涡模拟控制方程 |
| 2.2 亚格子模型 |
| 2.3 数值方法 |
| 2.4 植被下垫面数值表示方法 |
| 2.5 森林边界层大涡模拟验证 |
| 3 北京奥林匹克公园大气环境多尺度模拟 |
| 3.1 算例设计 |
| 3.2 WRF-LES耦合 |
| 3.3 LES边界条件 |
| 3.3.1 侧向和顶部边界 |
| 3.3.2 地表能量平衡关系 |
| 3.4 结果及分析 |
| 3.4.1 微气象参数日变化比较 |
| 3.4.2 风场和大气温度场分析 |
| 4 结论 |
（5）新中国成立70年来的中国大气科学研究:大气物理与大气环境篇（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 新中国成立以来大气物理与大气环境学科发展的总体概况 |
| 2.1 大气物理 |
| 2.2 大气环境和大气化学 |
| 2.3 大气探测和大气遥感 |
| 3 改革开放40年大气物理与大气环境学科的主要研究进展 |
| 3.1 大气边界层物理 |
| 3.1.1 物理实验研究 |
| 3.1.2 理论和方法研究 |
| 3.1.3 数值模拟研究 |
| 3.2 云雾物理 |
| 3.3 大气辐射 |
| 3.4 大气电学 |
| 3.5 大气化学 |
| 3.6 大气环境 |
| 3.6.1 大气环境模式 |
| 3.6.2 大气污染效应 |
| 3.6.3 大气污染管控 |
| 3.7 大气探测与大气遥感 |
| 3.7.1 地面(海面)气象观测 |
| 3.7.2 高空气象探测 |
| 3.7.3 大气遥感 |
| 3.7.4 科学观测和科学试验 |
| 3.8 气象雷达探测 |
| 3.9 气象卫星遥感 |
| 4 21世纪以来大气物理与大气环境学科的突出研究成果 |
| 4.1 大气边界层物理 |
| 4.2 云雾物理 |
| 4.3 大气辐射 |
| 4.4 大气电学 |
| 4.5 大气化学 |
| 4.6 大气环境 |
| 4.7 大气探测与大气遥感 |
| 4.8 气象雷达探测 |
| 4.9 气象卫星遥感 |
| 5 大气物理与大气环境学科未来发展展望 |
| 5.1 大气物理 |
| 5.2 大气环境与大气化学 |
| 5.3 大气探测与大气遥感 |
（6）第9章 边界层气象学100年进步（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 历史起源 |
| a 早期背景 |
| b 湍流理论的早期发展 |
| c 大涡模拟 |
| 3 近地层 |
| a 地表能量收支 |
| b 通量—廓线关系 |
| c 植被冠层 |
| (1)统计学 |
| (2)冠层引发的有组织湍流运动 |
| (3)粗糙次层(RSL)参数化 |
| (4)未来发展方向 |
| d 海洋表层 |
| (1)海面特有的问题 |
| (2)测量方法——简史 |
| (i)整体法 |
| (ii)涡动相关 |
| (iii)散射计以及短波对应力的重要性 |
| (3)通量与波的影响 |
| 4 对流边界层(CBL) |
| a 平均值廓线 |
| b 通量 |
| (1)浮力和动量通量 |
| (2)湍流动能收支与夹卷 |
| c 湿度与虚温的重要性 |
| d 结构 |
| 5 稳定边界层(SBL) |
| a 简介 |
| b 弱稳定边界层 |
| c 非常稳定边界层 |
| 6 日循环 |
| 7 水平非均匀性的影响 |
| 8 云顶边界层(CTBL) |
| a 简介 |
| b 积云顶边界层 |
| c 层云顶边界层 |
| (1)夹卷与层云-积云转换 |
| (2)日变化 |
| (3)解耦与层积云-积云转换 |
| (4)云、气溶胶和降水 |
| (5)冷空气爆发 |
| d 改进全球模式中海洋边界层云的表征 |
| 9 北极大气边界层 |
| a 简单回顾 |
| b 发展科学认识 |
| (1)近地面湍流 |
| (2)北极边界层云和地面辐射 |
| (3)ABBL垂直结构 |
| c 模式和未来 |
| 10 模式中表征ABL |
| a 扩散模式 |
| (1)早期:涡动扩散、拉格朗日相似和统计理论 |
| (2)爆发期:对流和稳定边界层 |
| (i)对流边界层(CBL) |
| (ii)稳定边界层(SBL) |
| (3)其他主题的进展 |
| (i)大涡模拟扩散 |
| (ii)拉格朗日粒子扩散模型(LPDM) |
| (iii)浓度波动 |
| (iv)城市扩散 |
| b 天气和气候模式中的陆面模式 |
| c 天气和气候模式中ABL参数化的演变 |
| 11 讨论与小结 |
| a 历史发展 |
| b 一些经验教训:参数空间 |
| (1)CBL厚度 |
| (2)夹卷(第4、6节) |
| c 一些经验教训:物理模式 |
| d 一些经验教训:常见的误解或混淆的来源 |
| e 缺少认识和重新发现 |
| f 未来的挑战和机遇 |
| (1)表征地面通量 |
| (2)大涡流 |
| (3)云 |
| (4)数值模式 |
| (5)观测 |
| (6)实验室 |
（7）新中国成立70年来的中国大气科学研究:天气篇（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 大气动力学研究 |
| 2.1 大气适应过程的尺度理论 |
| 2.2 行星波动力学 |
| 2.3 大气环流及其异常现象 |
| 3 天气尺度天气特征研究 |
| 3.1 锋面 |
| 3.2 急流 |
| 3.3 低涡 |
| 3.4 华南前汛期暴雨 |
| 3.5 寒潮、雨雪冰冻天气 |
| 4 台风和热带天气研究 |
| 4.1 台风及热带大气动力学 |
| 4.1.1 台风 |
| 4.1.2 副热带高压 |
| 4.1.3 热带波动和MJO |
| 4.2 台风及热带大气过程观测研究 |
| 4.3 台风和热带大气过程数值预报技术 |
| 5 强对流天气研究 |
| 5.1 观测 |
| 5.2 发生发展特征和机理研究 |
| 5.3 预报和预警 |
| 6 数值天气预报及资料同化研究 |
| 6.1 数值天气预报模式的研究进展 |
| 6.2 业务数值天气预报的发展和应用 |
| 6.3 资料同化方法的研究 |
| 6.4 业务数值预报模式资料同化系统的发展 |
| 7 天气与气候、大气物理及环境交叉研究 |
| 7.1 气候变化背景下的天气长期演变特征 |
| 7.2 极端降水对未来气候暖化的响应研究 |
| 7.3 降水和雷暴的长期变化特征对空气污染的响应研究 |
| 7.4 降水和雷暴的短时变化对空气污染的响应研究 |
| 8 结语 |
（8）夏季金塔绿洲效应影响因素的理想数值模拟研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 研究进展和机理 |
| 1.3 本文研究内容和目的 |
| 第二章 数值模式与资料方法 |
| 2.1 BLASIUS模式介绍 |
| 2.1.1 控制方程 |
| 2.1.2 湍流闭合 |
| 2.1.3 坐标系和边界条件 |
| 2.2 资料与方法 |
| 第三章 热力因子对绿洲效应的影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 数值试验设计 |
| 3.3 植被类型对绿洲效应的影响 |
| 3.4 非均匀热力差异对绿洲效应的影响 |
| 3.5 浮力频率对绿洲效应的影响 |
| 3.6 小结 |
| 第四章 动力因子对绿洲效应的影响 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 数值试验设计 |
| 4.3 地形对绿洲效应的影响 |
| 4.4 环境风场对绿洲效应的影响 |
| 4.5 小结 |
| 第五章 结论 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 论文创新点 |
| 5.3 不足与展望 |
| 参考文献 |
| 在学期间的研究成果 |
| 致谢 |
（9）利用大涡模式模拟黄土高原大气边界层特征（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第一章 引言 |
| 1.1 边界层研究意义与现状 |
| 1.2 本文研究内容 |
| 第二章 数据与方法 |
| 2.1 兰州大学半干旱气候与环境观测站数据 |
| 2.2 中国气象局高空气象数据 |
| 2.3 美国国家环境预报中心再分析数据 |
| 2.4 中尺度气象模式 |
| 2.5 大涡模式 |
| 第三章 沙尘天气对边界层的影响 |
| 3.1 模式方案 |
| 3.1.1 网格设置和参数化方案 |
| 3.1.2 模式初始场 |
| 3.2 模式结果 |
| 3.2.1 位温和风场的水平分布 |
| 3.2.2 位温的垂直分布 |
| 3.2.3 水汽混合比的水平分布 |
| 3.2.4 水汽混合比的垂直分布 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 黄土高原地区对流边界层特征 |
| 4.1 模式方案 |
| 4.2 WRF模拟结果验证 |
| 4.3 边界层结构及特征分析 |
| 4.3.1 WRF模拟的边界层高度 |
| 4.3.2 边界层湍流强度廓线 |
| 4.3.3 不同高度的温度场及风场 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 主要结果 |
| 5.2 特色与创新 |
| 5.3 不足与展望 |
| 参考文献 |
| 在学期间科研工作 |
| 致谢 |
（10）新疆博斯腾湖沿岸戈壁区低层大气物理特征及形成机制分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究的背景与意义 |
| 1.2 大气边界层国内外研究进展 |
| 1.2.1 大气边界层观测研究 |
| 1.2.2 大气边界层数值模拟研究 |
| 1.3 本文主要内容和研究思路 |
| 1.4 本文结构及章节安排 |
| 第二章 研究区域与数据采集 |
| 2.1 研究区域及其气候概况 |
| 2.1.1 研究区域介绍 |
| 2.1.2 研究区域气候概况 |
| 2.2 站点分布、仪器及观测项目介绍 |
| 2.2.1 近地面气象要素观测系统 |
| 2.2.2 近地层气象要素百米塔测系统 |
| 2.2.3 高空气象要素探测系统 |
| 2.3 资料选取及质量控制 |
| 2.3.1 近地面气象要素资料 |
| 2.3.2 近地层气象要素塔测资料 |
| 2.3.3 大气边界层观测资料 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 近地面气象要素时空变化特征 |
| 3.1 近地面温度场特征 |
| 3.1.1 春季 |
| 3.1.2 夏季 |
| 3.1.3 秋季 |
| 3.1.4 冬季 |
| 3.2 近地面风场特征 |
| 3.2.1 春季 |
| 3.2.2 夏季 |
| 3.2.3 秋季 |
| 3.2.4 冬季 |
| 3.2.5 季节间比较 |
| 3.3 近地面湿度场特征 |
| 3.3.1 春季 |
| 3.3.2 夏季 |
| 3.3.3 秋季 |
| 3.3.4 冬季 |
| 3.3.5 季节间比较 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 大气边界层物理特征分析 |
| 4.1 近地层大气稳定度变化特征 |
| 4.2 近地层结构特征 |
| 4.2.1 温度廓线 |
| 4.2.2 湿度廓线 |
| 4.2.3 风速廓线 |
| 4.3 边界层日内演化特征 |
| 4.3.1 春、夏、秋季边界层日内演化特征 |
| 4.3.2 夏季晴天湖岸边界层日内演化特征 |
| 4.4 夏季边界层整体结构特征 |
| 4.4.1 边界层热力结构 |
| 4.4.2 边界层湿度结构 |
| 4.4.3 边界层风场垂直分布 |
| 4.5 夏季晴天特厚边界层结构分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 研究区域边界层风场模拟与影响因子分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 局地环流模拟与特征分析 |
| 5.2.1 数值模拟试验设计 |
| 5.2.2 流场演化特征分析 |
| 5.3 基于WRF-LES的近地面风场模拟与影响因子分析 |
| 5.3.1 数值模拟试验设计 |
| 5.3.2 近地面风场模拟结果检验、分析 |
| 5.3.4 陆面影响因子分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.1.1 近地面气象要素时空变化特征 |
| 6.1.2 大气边界层物理特征 |
| 6.1.3 局地风场模拟与分析 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 存在的问题与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
四、水平非均匀对流边界层热量平衡和平流输送作用的大涡模拟（论文参考文献）
- [1]东海黑潮与热带气旋相互作用的数值模拟与诊断分析[D]. 余洋. 南京信息工程大学, 2021
- [2]利用大涡模式模拟黄土高原地区对流边界层特征[J]. 李雪洮,梁捷宁,郭琪,徐丽丽,张镭. 高原气象, 2020(03)
- [3]大气边界层数值模拟研究与未来展望[J]. 王蓉,张强,岳平,黄倩. 地球科学进展, 2020(04)
- [4]森林下垫面大气环境多尺度模拟研究[J]. 严超,苗世光,刘郁珏,崔桂香. 中国科学:地球科学, 2020(06)
- [5]新中国成立70年来的中国大气科学研究:大气物理与大气环境篇[J]. 王体健,高太长,张宏昇,葛茂发,雷恒池,张培昌,张鹏,陆春松,刘超,张华,张强,廖宏,阚海东,冯兆忠,张义军,郄秀书,蔡旭晖,李蒙蒙,刘磊,佟胜睿. 中国科学:地球科学, 2019(12)
- [6]第9章 边界层气象学100年进步[J]. 玛格丽特·雷蒙,WAYNE M.ANGEVINE,CHRISTOPHER S.BRETHERTON,FEI CHEN,JIMY DUDHIA,EVGENI FEDOROVICH,KRISTINA B.KATSAROS,DONALD H.LENSCHOW,LARRY MAHRT,EDWARD G.PATTON,JIELUN SUN,JEFFREY WEIL,李婧华,贾朋群. 气象科技进展, 2019(S1)
- [7]新中国成立70年来的中国大气科学研究:天气篇[J]. 孟智勇,张福青,罗德海,谈哲敏,方娟,孙建华,沈学顺,张云济,汪曙光,韩威,赵坤,朱磊,胡永云,薛惠文,马亚平,张丽娟,聂绩,周瑞琳,李飒,刘泓君,朱宇宁. 中国科学:地球科学, 2019(12)
- [8]夏季金塔绿洲效应影响因素的理想数值模拟研究[D]. 吴稀稀. 兰州大学, 2019(08)
- [9]利用大涡模式模拟黄土高原大气边界层特征[D]. 李雪洮. 兰州大学, 2019(08)
- [10]新疆博斯腾湖沿岸戈壁区低层大气物理特征及形成机制分析[D]. 李岩. 国防科技大学, 2018(01)