晴空湍流在强天气过程临近预报中的应用研究

为研究强对流天气发生前的先兆信息,利用多普勒天气雷达的径向风场与谱宽数据对大气的湍能耗散率进行了反演。通过对2009年6月3日南京一次强雷暴过程和2009年6月14日南京一次飑线过程的研究发现,天气过程发生前湍能耗散率随时间的变化,可以用来判断湍流运动的剧烈程度。强对流天气发生前往往会有晴空回波的出现;并且湍流运动较正常情况下剧烈。反演得到的边界层湍能耗散率可以用来识别较强的湍流运动。通过两次典型的强天气过程的对比分析还发现,湍流在降水过程发生前2~3 h,会有趋势变化的拐点出现;并且是一个持续的加强阶段。当趋势特征出现后,且湍能耗散率最大量级达到3 000 cm2·s-3以上时,可认为即将有强对流的天气过程出现。根据湍能耗散率的变化可以获得强对流天气出现的先兆信息,这对提高强对流天气的预报水平具有重要意义。     

基于k-ε模型的剪切流中湍流动能衰减规律研究

分别从理论推导和数值模拟的角度,分析了剪切流中湍流动能的衰减规律.通过简化湍流变量输运方程,采用Matlab求解了使用标准k-ε模型计算剪切流时湍动能在不同高度处的数值解,通过fluent数值模拟,验证了理论数值解,并与均匀流中的数值模拟结果进行对比,分析了在剪切流中入口湍流强度和湍流黏性比、来流速度梯度和输运方程扩散项等对湍流变量衰减的影响规律.结果表明:剪切流中存在湍流动能衰减;入口湍流强度对湍流变量输运方程生成项的影响较大,湍流黏性比对湍流变量输运方程生成项的影响较小;当入口湍流强度相同时,入口湍流黏性比越大,湍动能衰减的越快,来流速度梯度对湍动能衰减的影响越小;当入口湍流黏性比相同时,入口湍流强度越大,湍动能衰减的越慢,来流速度梯度对湍动能衰减的影响越大.     

一次飑线过程的双多普勒雷达风场反演分析

为揭示飑线发生过程中内部中尺度风场的演变特征,利用江苏连云港和盐城的多普勒雷达资料,采用双多普勒雷达风场反演技术,对2012年5月16日江苏中北部的一次弱弓形飑线过程进行了综合分析。结果表明:飑线后方入流最早出现在系统后部的层状区中,在飑线中段的中尺度涡旋对和地面冷池的共同作用下,后方入流向前延伸并穿过对流区下沉到达地面;飑线后方入流把云外干冷环境空气带到系统内,加剧降水粒子的蒸发冷却过程,促使地面冷池及其外流的加强;后方入流与地面冷池外流的耦合是地面大风生成的主要原因。     

滇东北2次飑线过程对比分析

利用常规观测资料、地面自动站资料、卫星云图和多普勒天气雷达资料,对比分析了发生在滇东北的2次飑线过程.结果表明:边界层辐合线是强对流产生的触发系统,山脉的抬升作用有利于强对流的产生和发展.2007.6.14飑线发生在冷锋前暖区中,以大风冰雹天气为主.2009.6.19飑线发生在冷锋前沿,前期以大风冰雹天气为主,后期出现强降水.雷达回波上2次飑线都出现弓形回波特征和前沿低层辐合区,但2007.6.14飑线表现为单体弓形回波,直接产生大风冰雹天气.2009.6.19飑线表现为弓形回波复合体,并伴有中气旋出现.飑线右前侧超级单体是产生强对流天气的直接系统.飑线前沿低层辐合区的长时间维持导致大范围强降水出现.     

压缩折角激波-湍流边界层干扰直接数值模拟

进行了来流Mach数2．9,24°压缩折角激波．湍流边界层干扰的直接数值模拟,在上游的平板添加扰动以激发边界层转捩到湍流．计算得到的统计结果与实验吻合,验证了结果的可靠性．分析了角部分离区附近湍能的生成、耗散及分配机制．结果显示角部区域激波与湍流边界层相互作用造成大量湍动能产生,而湍动能的主要耗散区仍在近壁．湍流输运项起到了主要的平衡机制,把湍动能由外层输运到近壁区．通过对激波后及壁面瞬时压力的分析,认为激波低频振荡并非上游扰动弓』起,而是由于分离泡本身不稳定振荡产生的．     

2006年5月9日飑线天气过程综合分析

本文从天气形势、MICAPS物理量格点分析场资料、地面自动气象站资料、闪电定位资料、多普勒雷达回波等方面,分析了2006年5月9日影响鹰潭的一次飑线天气过程,结论为大尺度环流背景、物理量场分布有利于强对流天气的产生,边界层强风切变是本次过程的触发因素,地面辐合线维持有利于中尺度对流系统与其相交处的风暴加强和维持,在多普勒雷达反射率图上回波表现为近东北——西南向的飑线回波带。     

渤海一次后倾槽强对流天气的成因分析

基于NECP再分析资料,使用WRF模式、海浪模型对2015年8月3日渤海地区强对流天气过程进行数值模拟。指出主要成因为:中低层大尺度辐合抬升与高层强辐散呈垂直耦合状态,有利于强上升运动的发展;低空急流的增温增湿进一步加大了高低空的温湿差;海面中尺度低压辐合系统是触发机制;海表温度较高海域的海气湍流输送为强对流的发生提供了边界层的热力和水汽条件。     

可压缩尖锥边界层湍流的直接数值模拟

采用高精度差分方法对来流马赫数0．7,来流Reynolds数250000／Inch,锥角为20°的尖锥边界层的整个空间转捩过程进行了直接数值模拟．对流项采用了7阶迎风格式离散,黏性项采用6阶中心格式离散,时间推进为3阶Runge—Kutta方法．对转捩形成的充分发展湍流进行了统计分析,包括平均速度分布,近壁湍流强度和雷诺应力等统计数据与平板边界层理论及实验吻合很好,验证了结果的正确性．显示了近壁湍流的典型拟序结构——高、低速条带结构并根据流向速度的周向相关量确定了条带的间距,以当地壁面尺度度量的条带间距沿流向并没有显著变化．给出了柱坐标下的可压湍动能发展方程,并据此对近壁湍动能的生成、耗散和输运机制进行了分析．     

华南暖区暴雨中一次飑线过程的数值模拟

运用WRF模式模拟,研究分析了2010年5月6~7日华南暖区暴雨中低空急流与尾部入流在飑线系统组织过程中的作用。结果表明,在系统发生发展阶段,低空急流增强飑线西南侧的水平涡度。水平涡度引发的垂直环流通过促进不稳定区能量释放,影响对流系统生消发展。飑线成熟期尾部入流的主要来源为反气旋式涡旋风场。尾部入流较强的区域与环境风切变大值区平衡,促进不稳定区风场辐合,激发对流新生及维持其发展。同时尾部卷入的干空气下沉,加速水滴蒸发和凝结潜热释放,形成负位温扰动冷池中心,维持飑线发展。     

江苏一次飑线初生的诊断分析与数值模拟

为研究飑线初生的原因,利用美国国家环境预报中心(NCEP)再分析资料、探空资料、多普勒雷达资料和数值模拟等手段,对2009年6月14日发生在江苏的一次飑线天气过程进行了详细分析。南京站及其上游的阜阳、安庆等站的温度-对数压力图揭示了对流层顶强降温的垂直结构有利于强对流天气的形成。通过分析NECP的物理量分布,发现江苏地区在飑线初生和发展中有较大的温度梯度、充沛的水汽输送和强辐合上升运动,飑线回波的初生具有典型特征。天气研究与预报(WRF)模式的模拟发现,起转延迟(spin-up)阶段之后,模式较好地模拟了飑线的初生发展。研究结果为深入认识飑线初生机理并改进预警提供了参考依据。