京津地区强对流引发直线大风的天气特征与数值模拟

京津地区强对流引发直线大风的天气特征与数值模拟

作者:师大云端图书馆 时间:2015-09-26 分类:期刊论文 喜欢:2690
师大云端图书馆

【摘要】直线大风出自美国气象学会的定义,实际应用中指的对流阵风、水平出流和下击暴流,通常都会造成严重的近地面风灾。因此加强对带来直线大风天气系统的研究十分重要。直线大风通常都由中小尺度的强对流系统引发,主要包括准线性对流系统(各类飑线)和下击暴流,近地面中涡旋也会对直线大风的强度产生影响。目前对这些中小尺度系统的常规观测主要依靠多普勒雷达站的临近监测,而且只有在过程恰好通过气象铁塔时才能获得边界层低层的精细观测资料。因此数值模拟就成为研究这些中小尺度系统的必要补充方式。因中小尺度系统受边界层湍流影响较重,而直线大风的强风结构一般均在边界层内,为获得可反映直线大风相关精细结构的模拟结果,有必要选择可更好反映湍流动量能量输送的大涡模拟方案作为边界层湍流方案。本文着重分析了京津地区三次通过天津气象铁塔的直线大风过程。主要内容如下:(1)分析了这三次过程的中尺度环境场,并利用雷达回波协助判别涉及的天气系统。三次过程的中尺度环境场不同,造成直线大风的天气系统也不同,分别为过程A:强浮力和中等强度垂直风切变下的飑线阵风锋;过程B:弱浮力和中层强垂直风切变及低层弱垂直风切变下、受海风锋与中涡旋共同影响的飑线阵风锋;过程C:下击暴流。虽然系统不同,但水平出流的传播依然具有一定的规律。中尺度系统的高低压排列往往会组成水平变形场,水平变形场的挤压作用会导致斜压带,即非锋温度密集带的生成,而水平出流的基本传播方向就是平行于位温梯度穿越斜压带,中尺度系统也要受科氏力的影响因此向右偏转。但如果移动路径周围存在如近地面中涡旋这样的更小尺度系统,中涡旋的旋转效应会引导水平出流的传播方向与旋转方向相同。这导致了过程B的阵风锋传播方向沿温度梯度方向向左偏斜。(2)在这三次大风经过天津气象铁塔时,使用铁塔20s观测资料对大风过程的边界层低层内部精细结构进行了分析。在计算了Kelvin-Helmholtz波(K-H波)的周期和对应出流头部长度后,对观测数据分别进行了十分钟、五分钟、两分钟和一分钟的滑动平均。结果显示十分钟滑动平均能够表现出水平出流的锋面结构与头部环流,而经典的头部结构与头后部浪涌的识别则需要五分钟滑动平均才可观测到。两分钟滑动平均近一步提供了更强的直线大风强度,而一分钟滑动平均则展示出了受湍流影响的小尺度规则结构。为此本文使用小波分析和湍流通量计算了这些内部结构的尺度,研究了小尺度结构的相干性质,并给出了不同环境背景下的小尺度水平出流结构及大风区域的概念模型。过程A为典型的具有浪涌特征的阵风锋,浪涌是强浮力与强垂直风切变共同支持K-H波向后传播导致的。过程B基本不具有浪涌结构,但头上方的对流环流有明显增强,原因是环境中的弱浮力与低层弱垂直风切变匹配,抑制了K-H波的向后传播,而中层强垂直风切变则激发由此生成的次生对流系统进一步发展;另一方面K-H波无法向后传播,其携带的动量与能量只能下传,于是在阵风锋头后部激发出更强的下沉运动,引起直线大风,并因为其具有的小尺度特性而使得头部大风区更为破碎。过程C是典型的移动中的下击暴流,其结构符合Fujita提出的概念模型。(3)使用大涡模拟(LES)方案对过程B进行了高精度细网格的数值模拟。为保证模式顺利运行,使用了逐次降网格的计算方案。模拟结果显示,在未使用LES的粗网格中,虽能表现出阵风锋的位置,却无法显示阵风锋的结构,也无法模拟出相关的中尺度乃至更小尺度的天气系统。而在使用了LES的两层细网格中,模拟出了阵风锋的内部结构,与观测结果接近,而细网格模拟结果中也呈现出了海风锋与中涡旋的完整结构,特别在最细的水平分辨率300m的网格中,显示出了更小的直径2km的中涡旋耦合的分布形态和独立中涡旋后的宽度2km的带状冷湿输送带,系统内的直线大风带获得了很好的表述。
【作者】权婉晴;
【导师】王元;
【作者基本信息】南京大学,气象学,2013,博士
【关键词】边界层;直线大风;阵风锋;下击暴流;浮力;垂直风切变;次生结构;大涡模拟;

【参考文献】
[1]宋淼.我国民族平等在新疆的实践[D].苏州大学,政治学理论,2012,硕士.
[2]何文武.基于贝叶斯理论构建非小细胞肺癌细胞增殖凋亡调控网络的研究[D].广西医科大学,心胸外科(专业学位),2013,硕士.
[3]王志辉.发电企业上市公司综合竞争力研究[D].清华大学,2004.
[4]沈浩东,赵京虎,杜红卫,朱红,李伟,许先锋,苏标龙.配电网自动化管理系统模型动态变化处理机制[J].电力系统自动化,2007,06:52-56.
[5]赵海英.论环境风险防范原则及其制度实现[D].重庆大学,环境与资源保护法,2014,硕士.
[6]王新.我国软件企业信息系统内部控制研究[D].天津商业大学,会计学,2013,硕士.
[7]孙玉莲.城乡初中英语教师信念对比研究[D].河北科技大学,英语语言文学,2013,硕士.
[8]王槐基.古火山活动的地震地质解释[J].石油地球物理勘探,1994,03:325-336+398.
[9]税爽.CTCS-3级列控中心建模与仿真研究[D].西南交通大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[10]施先锋.光伏发电技术推广应用路径分析[D].浙江工业大学,工商管理,2012,硕士.
[11]花丹红,刘红,陈先立.车灯灯罩生产过程中残余应力的控制[J].塑料工业,2014,12:52-54+106.
[12]成鄂.近来新兴手绘墙中环艺元素与民族符号[D].西北大学,美术学,2013,硕士.
[13]张军平.多电飞机电气负载管理中心的研究[D].西北工业大学,电力电子与电力传动,2004,硕士.
[14]郑婧.肿瘤标志物联合检测在原发性肝癌中的临床应用[D].吉林大学,临床医学,2014,硕士.
[15]任春霞.节水型农业建设的初步研究[D].河北师范大学,自然地理学,2004,硕士.
[16]王昊.多传感器信息融合在塔机定位中的应用研究[D].太原科技大学,检测技术与自动化装置,2013,硕士.
[17]隋云龙.爱尔卡因和加替沙星对人角膜基质细胞的凋亡诱导作用研究[D].中国海洋大学,细胞生物学,2014,硕士.
[18]曾伟,周剑岚,王红卫.应急决策的理论与方法探讨[J].中国安全科学学报,2009,03:172-176.
[19]马荧雪.免疫性内耳病模型的建立及内耳干扰素-γ的表达[D].南京医科大学,耳鼻咽喉科学,2013,硕士.
[20]武呈彦.论我国环境公益诉讼的原告资格[D].沈阳师范大学,法律,2014,硕士.
[21]庞晓.关于“同课异构”教研方法的一些实践及思考[D].广西师范大学,学科教学(专业学位),2013,硕士.
[22]张锦辉.基于Agent的网格计算及其应用技术研究[D].南京航空航天大学,2004.
[23]张鹏程.气体软包装[J].包装世界.2000(04)
[24]辛向阳.应用HR-MRI对正常眼活体组织生物测量的研究[D].天津医科大学,眼科学(专业学位),2014,博士.
[25]张文卓.密教佛顶部研究[D].陕西师范大学,宗教学,2014,博士.
[26]陈沐.深圳宝安城中村光网改造项目后评价研究[D].南京邮电大学,项目管理(专业学位),2012,硕士.
[27]邓时滨,凌曦,徐伟高,张锦.碳纳米管限域分子的拉曼信号检测[A].中国物理学会光散射专业委员会.第十六届全国光散射学术会议论文摘要集[C].中国物理学会光散射专业委员会:,2011:1.
[28]朱小青.石川达三小说《活着的士兵》研究[D].天津理工大学,日语语言文学,2013,硕士.
[29]罗春生.近红外光谱法无损检测柑橘表面多种农药残留的研究[D].江西农业大学,农业机械化工程,2012,硕士.
[30]刘萌萌.旋转式太阳帆姿态动力学建模与控制[D].中国科学技术大学,导航、制导与控制,2014,硕士.
[31]胡跃兵.大秦线货运需求分析与货运能力计算[D].西南交通大学,交通运输工程,2012,硕士.
[32]冯祺.基于氨基酸衍生物构筑的手性配合物的合成、晶体结构及性能研究[D].河北师范大学,无机化学,2014,硕士.
[33]袁培佩.乘用车声固耦合有限元模态分析[D].长安大学,车辆工程(专业学位),2014,硕士.
[34]王珏.扶正逐饮汤联合胸腔内灌注化疗法治疗肺癌胸水的临床观察[D].黑龙江中医药大学,中西医结合临床,2004,硕士.
[35]田红梅.试论图书馆从信息服务走向知识服务[J].情报理论与实践,2003,04:312-314.
[36]金河守.阿尔泰语系诸民族的原始意象“太阳”比较研究[D].延边大学,亚非语言文学,2014,博士.
[37]于磊.乳腺疾病患者外周血调节性T细胞及NKT与NKG2D活化受体的表达及意义[D].山西医科大学,免疫学,2013,硕士.
[38]于国飞,宋文荣,许纯新.挖掘装置操作臂末端轨迹控制的试验研究[J].中国机械工程,2003,17:14-17+3.
[39]宋微.超级电容器用MnO_x基复合材料的制备及其电化学性能[D].燕山大学,2014.
[40]王玉平.CL-20/DNB共晶炸药的制备、结构与性能研究[D].中北大学,安全技术及工程,2014,硕士.
[41]钟玲.湖南省高速公路通行费流失问题研究[D].湖南大学,公共管理,2010,硕士.
[42]史梅.STAT5诱骗核苷酸对白血病K562细胞的影响[D].重庆医科大学,临床检验诊断学,2004,硕士.
[43]汪建.实测缺陷对扣件式钢管满堂支撑架结构承载力的影响分析[D].长安大学,结构工程,2014,硕士.
[44]崔晶莹.对沈阳市第三十一中学男子篮球队可持续发展的研究[D].沈阳师范大学,体育,2013,硕士.
[45]李旭.近临界水提取页岩油组份的分离与分析研究[D].吉林大学,应用化学,2014,硕士.
[46]公果亮.商标扩展策略研究[D].河海大学,企业管理,2004,硕士.
[47]徐敏.基于数码图像的处理技术研究[D].湖南大学,电子与通信工程,2012,硕士.
[48]何乔立.能源市场化改革的路径与对策研究[D].浙江工业大学,2013.
[49]张恒诚.我国拍卖的立法与实践研究[D].贵州民族大学,经济法,2014,硕士.
[50]谷跃丽.微型课程的设计与应用研究[D].华中师范大学,教育技术学,2014,硕士.

相关推荐
更多