湍流对哈布沙尘抬升和传输影响的大涡模拟研究

【作者】 黄倩；

【机构】 兰州大学大气科学学院；

【摘要】 1哈布沙尘的结构和演变很多气象过程都能引起沙尘的抬升(Knippertz and Todd,2012),如天气尺度系统引起的大风使沙尘抬升(Johnson et al.,2011)、随着白天边界层的建立,湍流混合使夜间急流动量下传引起的沙尘抬(Parker et al.,2005;Knippertz 2008)、边界层对流引起的沙尘抬升(Koch and Renno,2005)。在对流风暴中与降水蒸发有关的下沉气流到达地面形成的对流冷池向前移动时,其前端的涡旋吹起地面的沙尘(Marsham et al.,2008),最后混合进入对流冷池而形成的起的沙尘暴。这种沙尘暴通常发生干旱的地区,在美国、埃及和苏丹等地方称为哈布风暴(haboob),在中国称为黑风暴(胡隐樵和光田宁,1997)。哈布风暴发生时,地面风速一般大于25m/s,能见度小于50m,因狂风席卷起地面大量沙尘,天空昏暗犹如黑夜,哈布风暴的标志性特点是其来临时都能看到一堵滚滚而来的沙尘墙,也称为沙尘锋面(张强等,2005;)本文利用GERBILS(Geostationary Earth Radiation Budget Intercomparison of Longwave and Shortwave Radiation)实验期间的探空观测资料及大涡模式模拟的撒哈拉沙漠地区超厚大气边界层(边界层厚度约为3.5 km)为背景,通过在模式中加入冷源的方法模拟对流冷池中的湍流结构,分析环境湍流对对流冷池湍流的影响,进一步研究湍流对哈布沙尘抬升和传输的贡献。模拟结果显示,大涡模式模拟的哈布沙尘暴与实际观测的哈布沙尘暴的结构和演变有较好的一致性。模拟的哈布沙尘暴的头部与环境大气的温差约为4 K,移动速度约是12 m/s,沙暴锋面的高度可以达到2.2km。2湍流对哈布沙尘的影响通过对比有环境湍流影响和无环境湍流影响的敏感性试验结果发现,由于环境湍流的混合增强了密度流的强度,模拟得到了较无环境湍流影响的温度更低的对流冷池(温度约低3 K),有环境湍流影响的哈布沙尘暴中沙尘的抬升潜能较无环境湍流影响的大,这一特点在哈布沙尘暴的尾更明显。另外,环境湍流叠加在密度流上,得到的沙暴锋面高度比只有密度流激发的沙暴锋面高约500 m。说明环境湍流对哈布沙尘的抬升和垂直传输有重要影响。更多还原