高影响天气形势下的地-气通量估算的研究

本项目主要利用高频湍流观测资料，研究高影响天气系统过境时地-气通量的输送过程。从守恒方程出发，探讨方程中局地存贮、水平平流和垂直平流过程对地-气通量的贡献；同时对守恒方程中的湍流输送项，充分考虑湍流的复杂性和多尺度特性，将湍流信号分解成均匀各向同性的高频信号、非均匀各向同性的中频信号（主要是相干结构）和低频湍涡，对不同尺度的湍流信号，采取不同的算法估算其通量贡献，从而达到提高湍流通量计算精度的目的。在上述研究的基础上，发展适合高影响天气系统过境时的地-气通量计算方案。以上工作有望能够揭示高影响天气形势下近地层真实的通量输送机制，同时能为湍流通量参数化方案的改进提供一定的参考。

利用不同天气形势下的近地层湍流观测资料，研究了不同天气形势下的不同尺度的湍流信号的通量特征： . 对“珍珠”台风的研究表明：由于台风内部存在强的中尺度对流系统，因此在风速能谱密度结构中，频率在3*10-4 Hz < <2*10-3 Hz之间的中尺度信号对能谱的贡献较平稳天气形势下的能谱贡献大很多，尤其是顺风方向风速的能谱密度的峰值与湍流信号的峰值相当；动量通量分析的结果表明，台风中心经过观测场地前后三小时，近地层通量以向下输送的中尺度通量为主，湍流通量的贡献相对中尺度通量较小，也是向下输送的。. 对暴雨天气的研究表明：降水临近时风速迅速增大，温度、气压降低明显，降水期间湿度很高。从湍流特征上看，降水时各湍流统计量都存在明显的突变；降水前后风速能谱惯性副区基本满足Kolmogorov的“-2/3”次方律，降水时u、v能谱低频段峰值频率左移明显，分析低频段峰值对应涡的尺度发现，降水前后近地层中贡献湍流能量最大的涡的尺度存在很大差异。. 对降雪过程的研究表明：雪灾前，随着冷空气南下，风速突然增大，气温降低，以后随着冷空气的持续输入,整个南京地区持续低温。各湍流统计量的变化趋势与风速一致，也是在降雪前一天左右开始突然增大，而降雪后又开始逐渐减小；速度分量方差满足方差相似定律；. 对大雾过程的研究表明，由于强逆温的存在，大雾期间近地层动量通量几乎为0，感热通量也几乎为0。而能谱分析表明，虽然近地层一直处于非常稳定的状态，大雾期间能谱高频段仍然满足-2/3律。. 城市粗糙子层中湍流交换特征的而研究表明，归一化摩擦速度不仅是稳定度的函数，还是风速的函数，利用局地相似理论，我们提出了一个新的拖曳系数参数化方案，结果表明，拖曳系数随着风速的增加而迅速减小。