山地气候是小尺度区域性气候的一个代表,研究其动力过程和热质输运规律既有基础科学的研究意义,也有局地气候预报的潜在应用价值。山地气候的流动机制包括山体表面上的自然对流（下文简称山体自然对流）和山谷内的自然对流（下文简称山谷自然对流）。本文采用实验室的实验观测、数值模拟和理论分析等方法,分别研究了山体和山谷自然对流的瞬态发展和转捩。在本文的研究中,已将山体简化为一等温圆锥体,而把山谷简化为底加热顶冷却的（?）形截面封闭腔。本文的主要研究内容和结果如下:（1）采用阴影流动显示实验,观测了山体自然对流瞬态发展过程,包括热边界层的增长、初始羽流的产生、发展及破碎和羽流颈部的摆动等。此外,对比了三维数值结果和实验结果,给出了山体自然对流的瞬态热质输运规律。（2）采用量纲分析和尺度分析,确定了山体自然对流的控制参数（山体高径比、普朗特数和瑞利数）,讨论了山体自然对流瞬态发展的动力过程,发现并揭示了锥面热边界层的曲率效应,提出了考虑锥面曲率变化的新的热边界层厚度等物理参量的标度律,并得到了相应数值或实验结果的验证。（3）采用三维数值模拟,刻画了随瑞利数变化的充分发展山体自然对流发生的复杂转捩现象,发现了山体自然对流新的转捩路径,展示了山体自然对流转捩过程中的系列分岔和相应的流动结构,获得了发生分岔的临界瑞利数,并给出了山体自然对流转捩过程的热质输运规律。（4）采用阴影流动显示和热敏电阻温度测量以及三维数值模拟等方法,研究了斜壁加热且顶壁冷却的山谷自然对流的瞬态发展和转捩,显示了瞬态发展的三个阶段（导热阶段、过渡阶段以及充分发展阶段）,刻画了山谷自然对流的转捩和相应的流动结构,通过对比数值与实验结果,得到了瞬态发展和转捩过程的热质输运规律。本文研究成果深化了针对山地气候对流机制的理解,理清了山地气候对流机制的动力过程和热质输运规律,增加了流体力学及传热学相关领域的知识。本研究成果在局地气候预报拥有应用价值,对生产生活和工业实践的相关工作也具有指导意义。