从不稳定到近中性大气边界层的大涡模拟

北京大学学报（自然科学版）

从不稳定到近中性大气边界层的大涡模拟

蔡旭晖,陈家宜

北京大学环境学院环境科学系，北京，100871

收稿日期:2002-07-16 出版日期:2003-07-20 发布日期:2003-07-20

Large-Eddy Simulations of Atmospheric Boundary Layers from Convective to Near-Neutral Conditions

CAI Xuhui, CHEN Jiayi

Department of Environmental Sciences, College of Environmental Sciences, Peking University, Beijing, 100871

Received:2002-07-16 Online:2003-07-20 Published:2003-07-20

摘要/Abstract

摘要： 用大涡模拟方法对不稳定到近中性层结的大气边界层情况进行模拟。模拟条件为：地面运动学热通量0.0001～0.2 K·m·s^-1、地转驱动风速0～15 m·s^-1，对应的无因次稳定度参数 - z/L 为0.0062～368。模拟结果显示，大气边界层直到 - z/L＝0.668的近中性情况，其热通量和动量通量等仍保留着典型对流边界层的基本特征，可由模式较好地求解，且在近地面与观测结果相符较好。对更接近中性的情况，模式分辨率限制了对边界层湍流特性的求解。在大风、弱不稳定边界层条件下模拟发现有滚动涡现象出现，其稳定度范围大致对应- z/L 的取值0.668～24.6。

关键词: 大气边界层, 大涡模拟, 不稳定, 近中性, 滚动涡

Abstract: Large-eddy simulations are carried out for atmospheric boundary layers from con vective to near-neutral cases. The simulation condition covers the range as follows: surface heat flux from 0.0001 to 0.2 K·m·s^-1, geostrophical wind speed from 0～15 m·s^-1, and the correspondent stability parameter -z/L from 0.0062 to 368. Simulation results show that in the atmospheric boundary layer, the heat flux and momentum flux profiles have the form as those in typical unstable condition and near neutral condition. And within the stability situation the model resolves the turbulence in ABL well, in good agreement with observation data, particularly in surface layer. By current resolution, the model does not properly simulate turbulent characters in near neutral boundary layer. While convective roll vortices may emerge in strong wind and weak unstable condition, with the stability range of -z/L from 0.668 to 24.6 approximately.

Key words: atmospheric boundary layer, large-eddy simulation, unstable, near-neutral, roll vortices

中图分类号:

P425

蔡旭晖,陈家宜. 从不稳定到近中性大气边界层的大涡模拟[J]. 北京大学学报（自然科学版）.

CAI Xuhui,CHEN Jiayi. Large-Eddy Simulations of Atmospheric Boundary Layers from Convective to Near-Neutral Conditions[J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis.

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[1]	李倩惠, 张宏升, 鞠婷婷, 肖凯涛. 华北北部半干旱地区夏季大气边界层特征的实验研究[J]. 北京大学学报自然科学版, 2020, 56(2): 215-222.
[2]	艳艳, 缪育聪, 李建, 郭建平. 海口地区2018年2月持续低能见度过程的气象条件分析[J]. 北京大学学报自然科学版, 2019, 55(5): 899-906.
[3]	王姝, 刘树华, 陈建洲, 胡菊, 冯双磊, 马玉龙, 缪育聪. 使用WRF-Fitch对湖区风电场风力发电机尾流效应特征的数值模拟[J]. 北京大学学报（自然科学版）, 2018, 54(3): 605-615.
[4]	林继配, 张庆红. 动力降尺度方法在辐射雾大涡模拟中的应用[J]. 北京大学学报自然科学版, 2017, 53(4): 607-616.
[5]	叶鑫欣, 魏伟, 李航, 张宏升. 天津地区雾天不同高度湍流输送特征的实验研究[J]. 北京大学学报（自然科学版）, 2016, 52(5): 809-818.
[6]	左全, 张庆红. 大涡模拟在华北地区一次冬季辐射雾过程中的应用[J]. 北京大学学报（自然科学版）, 2016, 52(5): 819-829.
[7]	魏伟,叶鑫欣,王海霞,张宏升. 飞机测风资料在大气边界层研究中的应用[J]. 北京大学学报（自然科学版）, 2015, 51(1): 24-34.
[8]	殷有泉,邸元. 工程岩石类材料的不稳定性[J]. 北京大学学报（自然科学版）, 2014, 50(6): 991-997.
[9]	李哲,吕垠轩,何燕冬,张钢刚. 高k栅介质SOI nMOSFET正偏压温度不稳定性的实验研究[J]. 北京大学学报（自然科学版）, 2014, 50(4): 637-641.
[10]	郭利,张艳昆,刘树华,李炬,马雁军. 北京地区PM10质量浓度与边界层气象要素相关性分析[J]. 北京大学学报（自然科学版）, 2011, 47(4): 607-612.
[11]	何玉斐,张宏升,刘明星,康凌. 戈壁下垫面空气动力学参数确定的再研究[J]. 北京大学学报（自然科学版）, 2009, 45(3): 439-441.
[12]	刘新建,张宏升, 宋星灼,康凌,陈家宜,李爱国,胡非,. 白洋淀湿地夏末大气边界层温湿廓线特征对比分析[J]. 北京大学学报（自然科学版）, 2007, 43(1): 36-41.
[13]	宋星灼,张宏升,刘新建,范邵华,刘辉志,胡非,李诗明,周明煜,卞林根,徐祥德. 青藏高原中部地区不稳定大气边界层高度的确定与分析[J]. 北京大学学报（自然科学版）, 2006, 42(3): 328-333.
[14]	周成,陈家宜,蔡旭晖. 非均匀地表的湍流通量和掺混高度[J]. 北京大学学报（自然科学版）, 2006, 42(3): 315-319.
[15]	张鑫,蔡旭晖,柴发合. 北京市秋季大气边界层结构与特征分析[J]. 北京大学学报（自然科学版）, 2006, 42(2): 220-225.