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冷池阵风锋内部湍流结构的理想大涡模拟研究

冷池,阵风锋,大涡模拟,湍流

主题1 天气、气候、全球变化、行星大气 > 专题1.11 平流层-对流层动力耦合和物质交换

本文基于大涡模拟（LES）方法，利用敦煌站2000年6月3日16:00的温度探空廓线作为初始场，通过在模式中添加冷气块的方法模拟研究理想条件下对冷池阵风锋的结构特征及其内部湍流演变机制进行了系统研究。通过标准试验和敏感性试验，重点分析了位温扰动、风场特征、湍流动能（TKE）的时空变化规律，并探讨了模式分辨率和冷气块冷却率对冷池湍流结构的影响。研究结果表明：（1）冷池在近地面形成后逐渐分化为头部和尾部结构，头部高度约为450 m，其位温逐渐升高，湍流涡旋垂直伸展显著，尾部湍流强度随距离增加而减弱；冷池头部，近地面湍流活动最为剧烈，头部区域内外位温差约为6 K，为涡旋发展提供了有利条件；冷池内部存在明显的逆时针旋转流场，近地面层风场稳定而高层湍流剪切作用强烈；TKE最大值随时间向高层迁移，冷池头部湍流强度随扩散过程逐渐减弱，且不同方向（x,y,z）的湍流特征存在显著差异；（2）冷气块冷却率增加会显著增强湍流强度、扩大涡旋垂直尺度并加快冷池移动速度；（3）增大模式的分辨率能更精确刻画冷池阵风锋的湍流结构特征，对冷池的移动速度的研究需要选取合适的分辨率，在湍流解析和计算效率间取得平衡。