第七届青年地学论坛

边界层中次网格垂直输送的参数化是大气模式的几个关键问题之一。随着计算能力的提高，公里和次公里尺度的模拟已经实现，模式的最小可解析尺度已经与对流边界层（CBL）大涡尺度相当，传统一维边界层方案的假设条件不再成立，这一尺度也称为湍流参数化的“灰区”尺度。在“灰区”尺度上，网格大小与边界层主要湍流尺度相当，湍涡既不是完全次网格的也不是完全解析的。本研究基于一维UW边界层参数化方案，采用尺度依赖函数对UW方案进行“降尺度”，添加非局地项弥补原始方案的不足；改进后的UWnew方案具有尺度自适应功能，能够根据实际模拟的大气状况和网格分辨率自动调整次网格湍流在总湍流的比例，更符合“灰区”尺度的湍流结构特征。大涡模拟结果表明，尺度自适应非局地UWnew方案比传统一维局地UW边界层方案在“灰区”尺度上的综合表现更好；针对次网格湍流通量的模拟，UWnew方案与UW方案相比，热通量在边界层内均有所减小，更符合“灰区”尺度下次网格-解析通量的比例。非局地项的添加使得模拟结果更接近“真值”。湍流通量模拟效果的改进主要是由于改进后的UWnew能够更准确地模拟湍流扩散系数Kh/m的垂直分布。采取4个典型水平尺度（250/500/1000/4000 m水平分辨率），除4000m分辨率以外，其他水平网格尺度均位于“灰区”尺度内；结果显示，UWnew方案对边界层内湍流通量和湍流扩散系数的模拟与UW方案相比更合理。显著改善了边界层方案在灰区的模拟效果。
 

尺度自适应,边界层参数化 对流边界层