Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Một Mô Hình Giả Lập Xoáy Lớn Mới Để Mô Phỏng Dòng Không Khí Và Đám Mây Ấm Trên Địa Hình Phức Tạp Cao. Phần II: Mô Hình Ẩm Và Ứng Dụng Của Nó Đối Với Đám Mây Cờ
Tóm tắt
Trong Phần I, phiên bản khô của một mô hình giả lập xoáy lớn (LES) mới đã được trình bày, được thiết kế đặc biệt để mô phỏng dòng không khí và đám mây trên các địa hình phức tạp rất cao. Tại đây, các hiện tượng ẩm đã được thực hiện sẽ được mô tả và một phương pháp mới để tạo ra các điều kiện dòng chảy nhiễu động cho LES khí tượng được đề xuất. Là một lĩnh vực ứng dụng điển hình, mô hình mới được áp dụng để mô phỏng các đám mây cờ phát triển xuống theo hướng gió của các đỉnh núi hình chóp. Các đám mây cờ được chứng minh là chủ yếu là một hiện tượng động lực học và hình thành ở phía dưới các đỉnh núi dốc như một kết quả của dòng chảy nghiêng ngược do tác động động lực. Do trường dòng chảy đối xứng cao gây ra bởi địa hình cực đoan, các đám mây cờ có thể hình thành thậm chí trong các điều kiện đầu vào đồng nhất về độ ẩm và nhiệt độ. Do đó, các nguồn ẩm hướng gió phụ trợ, các khối khí rõ ràng ở cả hai bên hướng gió và ngược gió, hay các hiệu ứng bức xạ không phải là điều kiện tiên quyết cho việc hình thành đám mây cờ. Xác suất hình thành đám mây cờ tăng lên với chiều cao và độ dốc của chướng ngại vật, và gần đúng là độc lập với phương hướng của hình chóp. Các mô phỏng có và không có vật lý ẩm tiết lộ rằng, đối với cấu hình được chọn, độ ẩm chỉ có tầm quan trọng thứ cấp đối với động lực đám mây cờ. Việc tăng cường dòng chảy nghiêng ngược và sự hình thành đám mây tương ứng do việc giải phóng nhiệt ẩn hóa ra là gần như không đáng kể. Tuy nhiên, vật lý ẩm được chứng minh là gây ra một cấu trúc giống như lưỡng cực trong hồ sơ theo chiều đứng của tần số Brunt-Väisälä, điều này dẫn đến sự gia tăng vừa phải của nhiễu động ngược gió.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Beer T (1974) Atmospheric waves. Adam Hilger Press, London, 300 pp
Berry EX, Reinhardt RL (1973) Modeling of condensation and collection within clouds. D.R.I. Phys. Sci. Pub. No. 16, University of Nevada, Reno
Bott A (1989) A positive definite advection scheme obtained by nonlinear renormalization of the advective fluxes. Mon Weather Rev 117: 1006–1015
Chaumerliac N, Richard E, Nickerson EC (1987) Sulfur scavenging in a mesoscale model with quasi-spectral microphysics: two-dimensional results for continental and maritime clouds. J Geophys Res 92(D3): 3114–3126
Cohard JM, Pinty JP, Bedos C (1998) Extending Twomey’s analytical estimate of nucleated cloud droplet concentrations from CCN spectra. J Atmos Sci 55: 3348–3357
Deardorff JW (1980) Stratocumulus-capped mixed layers derived from a three-dimensional model. Boundary-Layer Meteorol 18: 495–527
Ding L, Calhoun RJ, Street RL (2003) Numerical simulation of strongly stratified flow over a three-dimensional hill. Boundary-Layer Meteorol 107: 81–114
Douglas C (1928) Some alpine cloud forms. Q J Roy Meteorol Soc 54: 175–178
Durran DR, Klemp JB (1982) On the effects of moisture on the Brunt-Väisälä frequency. J Atmos Sci 39: 2152–2158
Fedorovich E, Nieuwstadt FTM, Kaiser R (2001) Numerical and laboratory study of a horizontally evolving convective boundary layer. Part I: transition regimes and development of the mixed layer. J Atmos Sci 58: 70–86
Fröhlich J (2006) Large eddy simulation turbulenter Strömungen, 1st edn. Teubner, Wiesbaden, 414 pp
Geerts B (1992) The origin of banner clouds: a potential vorticity perspective. In: Bean JR (ed) Sixth conference on mountain meteorology (preprint volume). American Meteorological Society, Portland, pp 97–98. http://www-das.uwyo.edu/~geerts/cwx/notes/chap08/banner.html
Grabowski WW, Smolarkiewicz PK (1996) Two-time-level semi-lagrangian modeling of precipitating clouds. Mon Weather Rev 124: 487–497
Hann J (1896) Allgemeine Erdkunde, 5th edn. Gebrüder Stiepel, Reichenberg, 336 pp
Houze RA (1993) Cloud dynamics, 1st edn. Academic Press, San Diego, 573 pp
Humphreys WJ (1940) Physics of the air, 3rd edn. McGraw-Hill, New York, 676 pp
Hunt JCR, Snyder WH (1980) Experiments on stably and neutrally stratified flow over a model three- dimensional hill. J Fluid Mech 96: 671–704
Ikhwan M, Ruck B (2006) Flow and pressure field characteristics around pyramidal buildings. J Wind Eng Ind Aerodyn 94(10): 745–765
Kataoka H, Mizuno M (2002) Numerical flow computation around aeroelastic 3D square cylinder using inflow turbulence. Wind Struct 5: 379–392
Klemp JB, Lilly DK (1978) Numerical simulation of hydrostatic mountain waves. J Atmos Sci 35: 78–107
Lund TS, Wu XW, Squires KD (1998) Generation of turbulent inflow data for spatially-developing boundary layer simulations. J Comput Phys 140: 233–258
Martinuzzi RJ, AbuOmar M (2003) Study of the flow around surface-mounted pyramids. Exp Fluids 34: 379–389
Mason PJ (1989) Large-eddy simulation of the convective atmospheric boundary layer. J Atmos Sci 46(11): 1492–1516
Mayor SD, Spalart PR, Tripoli GJ (2002) Application of a perturbation recycling method in the large-eddy simulation of a mesoscale convective internal boundary layer. J Atmos Sci 59: 2385–2395
Nickerson EC, Richard E, Rosset R, Smith DR (1986) The numerical simulation of clouds, rain, and airflow over the Vosges and Black Forest mountains: a meso-β model with parameterized microphysics. Mon Weather Rev 114: 398–414
Reinert D (2009) Dynamik orographischer Bannerwolken. PhD thesis, Johannes Gutenberg-University, Mainz, 171. http://www.uni-mainz.de/FB/Physik/IPA/forschung/publikationen/PDF/dissertation_danielreinert.pdf
Reinert D, Wirth V, Eichhorn J, Panhans WG (2007) A new LES model for simulating air flow and warm clouds above highly complex terrain. Part I: the dry model. Boundary-Layer Meteorol 125: 109–132
Schween J, Kuettner J, Reinert D, Reuder J, Wirth V (2007) Definition of ‘banner clouds’ based on time lapse movies. Atmos Chem Phys 7: 2047–2055
Smolarkiewicz PK, Grabowski WW (1990) The multidimensional positive definite advection transport algorithm: nonoscillatory option. J Comput Phys 86: 355–375
Smolarkiewicz PK, Rotunno R (1989) Low froude number flow past three-dimensional obstacles. Part I: baroclinically generated lee vortices. J Atmos Sci 46: 1154–1164
Trautmann T (1997) The interaction of radiation with cloud microphysics in the marine boundary layer. Habilitation thesis, Institute for Atmospheric Physics, University of Mainz, 262 pp