利用2000年5-6月在甘肃敦煌进行的“西北干旱区陆-气相互作用野外观测实验”加密观测期间的探空资料作为大涡模式(LEM)的初始场,通过在模式中设置冷源的方法,模拟研究了静风场和环境风场中对流冷池的湍流结构特征,以及冷池对沙尘抬升和垂直传输的影响,通过一系列敏感性试验,探究冷源强度和尺度以及垂直环境风切变(后文统一称为风切变)对对流冷池结构、冷池移动速度和沙尘抬升效率等特征的影响。得到以下几点主要结论:(1)利用2000年6月3日16时的位温廓线作为模式的初始场,模拟研究静风场中对流冷池的湍流结构特征,以及冷池头部和尾部的湍流对沙尘抬升和垂直传输的影响;进一步通过改变冷源冷却率和冷源半径大小的敏感性试验,探究冷源强度和尺度对对流冷池内湍流结构、冷池移动速度和沙尘抬升效率等特征的影响。模拟研究表明,模式模拟的对流冷池结构特征与观测结果较为一致,冷池的头部为较大的湍流涡旋,尾部湍流涡旋是在头部涡旋下沉气流阻挡以及垂直风切变的共同作用下形成的,其强度和尺度均较小,且距离头部越远,尾部湍流强度也越弱。随着冷池的移动,冷池头部湍流涡旋的强度减弱,高度降低,尾部湍流涡旋的高度略有增高。冷池头部湍流涡旋引起的沙尘抬升潜势较尾部的大,冷池抬升的沙尘大部分在冷池内混合,头部的沙尘绝对浓度约是尾部的2倍,沙尘在头部的传输高度约是尾部的3倍。冷池尾部的沙尘被限制在较低的高度(约500 m)。冷池向外辐散过程中,冷池头部沙尘传输高度和沙尘绝对浓度均减小,冷池头部和尾部总体沙尘抬升潜势也减小。增大模式冷源冷却率和冷源尺度,冷池强度增强,头部湍流涡旋移动速度增大,产生的沙尘抬升潜势也增大,沙尘可被冷池内增强的湍流传输到较高的高度,但由于冷池与环境大气之间的夹卷作用也增强,冷池消散也较快。(2)利用2000年6月3日16时的位温廓线和风速廓线作为模式的初始场,模拟环境风场中对流冷池的湍流结构特征,通过风切变的敏感性试验,探究风切变对对流冷池湍流结构及其沙尘抬升等特征的影响。模拟得到环境风场中仍可清晰地分辨出冷池的头部和尾部,且冷池头部和尾部的湍流涡旋引起的沙尘的垂直输送形式与静风场中冷池的情形也类似,但环境风场中的冷池在水平方向上不再对称。在冷池向外辐散的过程中,因环境风场的影响,冷池头部沿顺风方向的移动速度最快,静风场的次之,逆风方向最小;冷池头部沿逆风方向的移动速度随时间减小最快,静风场的次之,顺风方向最小。顺风方向的冷池头部湍流涡旋比静风场冷池头部湍流涡旋的高度高,强度大,逆风方向冷池头部湍流涡旋的强度与静风场中冷池的相当,高度也较高,而且头部湍流涡旋向顺风方向略有倾斜。沿顺风方向冷池尾部区域更宽,尾部湍流的强度和湍流涡旋发展的高度均略大于静风场中冷池尾部湍流的;对流冷池与环境大气之间较强的混合和夹卷作用使冷池增温较快。逆风方向冷池向外辐散较慢,冷池尾部区域宽度小,大量冷空气在有限范围内堆积,使冷池尾部位温低于顺风方向和静风场中冷池尾部的位温,湍流涡旋也较顺风方向的弱。顺风方向冷池引起的沙尘抬升最大,静风场冷池的次之,逆风方向冷池的最小,这一特点在冷池密度流向外辐散的后期更明显。环境风场使沿顺风方向辐散的冷池内部冷空气在水平方向和垂直方向上加速扩散,同时使近地面水平风速随时间减小较慢,沙尘抬升潜势和沙尘柱总绝对浓度减小也较慢,逆风方向则相反。随着冷池的发展,环境风场对冷池的影响变大。(3)风切变试验表明,增大风切变,顺风方向冷池头部的移动速度增大,冷池内部位温升高较快,最大水平风速增大,逆风方向则相反,且风切变较大时,逆风方向冷池头部移动速度减小较快。顺风方向:增大风切变,冷池头部湍流涡旋强度变化不明显,高度明显增加,但可能由于冷池与环境大气之间存在较强的湍流混合和夹卷作用,冷池头部的高度随模拟时间的增加降低较快。在冷池向外辐散的初期,风切变较小(Ug<15 m/s)时尾部次级浪涌涡旋强度较强,风切变较大(Ug>15 m/s)时,尾部次级浪涌湍流涡旋较弱,高度也较低,尾部湍流涡旋排列较有组织性;随着模拟时间的增加,尾部次级浪涌涡旋的强度和高度随风切变增大而增大,尾部涡旋排列组织性更好。逆风方向:增大风切变,冷池头部湍流涡旋高度变化不明显,强度减弱,头部湍流涡旋的高度随时间减小较快,头部向顺风方向倾斜明显;尾部次级浪涌涡旋强度变化不明显,高度降低,风切变较大时,次级浪涌涡旋向顺风方向倾斜更明显。冷池头部和尾部的沙尘垂直传输高度与湍流涡旋的高度具有相同的变化特征,逆风方向冷池头部向顺风方向倾斜,尾部次级浪涌沙尘传输高度随风切变的增大而降低。增大风切变,顺风方向冷池头部和尾部引起的沙尘抬升潜势增大,且头部和尾部抬升潜势随时间减小较慢,逆风方向则相反。环境风场不为零的试验中的冷池的总体抬升潜势均大于静风场中冷池的总体沙尘抬升潜势,顺风方向的抬升潜势大于逆风方向的。