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本文利用数值模拟,研究了在地表摩擦、地球旋转共同作用下,不同地形Fr数和不同来流对三维干过程地形流动及其边界层特征的影响。运用中尺度数值模式ARPS,分别对不同地形高度、不同来流方向、不同来流垂直切变、以及不同地表摩擦强度等情况下的三维干过程地形流动进行模拟和分析,得到了地形流动中上游阻挡、重力波破碎、下游气流加速和边界层特征的变化规律。
在大气稳定层结条件下,山地流动具有上游阻挡、下游急流加速以及重力波破碎等流动特征,这些山地流动特征在柯氏力的影响下,均表现出了南北非对称性。来流为均匀西风时,上游阻挡向南偏移;南北两侧气流在下游加速出现在不同位置上,南北两侧急流沿上游来流方向出现“位相差”;南侧急流向高层发展,而北侧急流则位于低层;边界层TKE北侧强于南侧;流动北侧边界层以负扰动位温居多,相应南侧边界层则主要为正位温扰动。
当增加地形高度时,山地流动南北两侧急流增强,受柯氏力影响,南侧急流增幅更为显著,流动的南北非对称性增强。当改变上游来流风向时,南北两侧急流减弱;而上游阻挡的变化,与大尺度的地形时的结果相似。流动中边界层TKE的分布与南北两侧急流的分布一致。
固定地形Fr数:随着上游来流垂直切变增加,地形流动中各特征现象逐渐增强。由于柯氏力作用,流动北侧边界层TKE和负扰动位温相对增幅更为显著。相对均一来流,地形流动中各特征现象均有所减弱。当固定强度切变层高度抬升时,地形流动中各特征现象随之逐渐减弱,边界层扰动位温不再保持南侧为正北侧为负的型态,而表现出山前为正,山后为负的型态结构,说明边界层扰动位温受重力波影响较大。当地表摩擦增强时,地形流动中各特征现象逐渐减弱。
固定来流垂直切变强度:当切变厚度增加时(Fr数增加),上游阻挡减弱;重力波破碎增强,破碎高度逐渐抬升;北侧气流加速程度显著减弱;边界层负位温扰动区域减小。当增加地表风速时(Fr数增加),上游阻挡减弱:重力波破碎增强,破碎位置向上向后移动;气流加速程度减弱,北侧减弱程度显著;边界层位温扰动幅度增大,其中负位温扰动区域显著增加。