文摘

五花结构狭窄(8 - 9公里)大风带曾被观察到在SAR图像在波罗的海稳定分层条件与离岸风从瑞典的南部地区。案例研究利用WRF模式和原位飞机观测表明,生成的条纹源自边界层卷在瑞典大陆上面的空气对流,也支持可视卫星图像显示典型的签名云街。卷的模拟表明,流水和保持至少30 - 80公里海岸,同意这些条纹观察到SAR图像。在晚上当对流条件下对土地减少,焦躁不安的结构在大海仍在水平风场;然而,垂直分量是接近于零。因此从地表流水特性会影响风场相当长时间,在沿海地区大面积。尽管边界层卷是研究功能,没有先前的研究结果提出了关于他们的持久性在情况下平流强烈分层边界层。遇到这种情况通常在春天在高纬度地区的沿海地区。

1。介绍

更大的区域相干条纹状结构经常是看到卫星图像在海面。在很多情况下这是由于一个地区一个不稳定的模式与特定的大气状况。我们会将这一现象称为边界层卷,但许多其他名称相同的文学现象的存在,如纵向卷、水平辊漩涡,和云街提到几个。边界层卷是细长的垂直发行量大约在顺风方向对齐,包括反向旋转的漩涡,创建区域的交替,向下运动。这种垂直风速模式也会转化为水平风场,低水平的风在哪里看到在顺风逆风区和更高的地区,这使得它在卫星图像可以观察卷风速是推断从后向散射在海面粗糙度元素。在这项研究中,我们将调查可能创造机制的边界层在沿海地区存在的卷。其他类型的有条纹的细长结构顺风向的方向也被观察到,可以由李从地形的影响1)或从山岳志(非均质2]。然而,在这些类型的特性,从某个源、创建每个连续的行为像一个。

边界层的形成是由于滚两种机制,热不稳定性和动态不稳定,经常结合在一起。因此,边界层卷往往形成对流边界层。最重要的动态不稳定大气中拐点不稳定,它的特点是一个拐点的斜辊风速剖面、涡度最大可以形成(见阿特金森和张3),引用其中),在动态的情况下在中性条件下不稳定边界层卷形式。

边界层卷通常观察到相对较高的风速,至少超过5 m s⁻¹(4]。根据阿特金森的审查和张3)典型风速值在辊发生15 m年代⁻¹,但有观察在各种风速范围。典型的波长是2 - 5公里,和典型的深度是0.5 - 2公里,但边界层卷已经观察到的波长范围1 - 20公里。卷的长度已经观察到从几十到200公里。边界层卷可以增加垂直通量的动量,热量和水分显著(5- - - - - -7),导致起始的深对流风暴发展(8]。

卷执行了许多观察性研究;看到那些评论,阿特金森和张3和年轻的et al。9摘要],例如,哈特曼et al。10),Weckwerth et al。4],介绍[6),穆勒et al。11为后来的研究)。大部分的观察性研究已经完成了关于边界层卷冷空气爆发在水(3),当气流从一个寒冷的土地或冰表面在相对温暖的水。这导致对流条件下的海面,边界层卷是由热不稳定性。的进化是一般观察,波长和变成对流边界层卷增加细胞在某些距离海岸或冰盖6]。同样,Weckwerth et al。12]研究边界层卷的昼夜循环对土地和显示边界层卷第一种组织对流对流边界层。然后卷变成细胞或组织对流边界层不稳定性增加。卷冷空气爆发期间观察到经常发生在强烈对流,因为大海气温差。相比之下,边界层卷也可能发生在较弱的对流,如Smedman所示(13从一个案例研究在波罗的海,边界层观察滚在一层只有几百米的高度。

只有一些观察性研究边界层卷水比上面的空气冷,这是本研究的重点。Alpers和介绍14和穆勒等。11]发现边界层卷从SAR图像在北海期间近年积极几度的温度对比,将卷到动态不稳定。

成功地模拟了边界层卷LES模型(1,5,8,15- - - - - -17),在少数情况下也通过数值天气预报模型(18,19]。利用天气预报模型的优点是能够模拟更长时间,获得的昼夜变化,包括大规模的强迫和现实的地形,使水平变化扩展区域。

本研究将在波罗的海,这是一个小,半封闭式的海在较高纬度地区。季节性温度变化大,这给上升到近年温差高达20°C在春季和夏季20.)当有热风从暖平流陆地表面的冷。这热风平流海面创造了稳定的条件,影响在其整个范围(波罗的海21]。遇到类似的条件在春天在高纬度地区的大部分沿海地区。

在这项研究中我们将展示观测卫星图像和飞机的边界层卷测量在波罗的海在4例。许多早期的研究相比,有一个稳定的温度梯度的海面在所有情况下进行了研究。模拟与数值天气预报模型是用来研究卷的特点和他们的形成和维护稳定的海面。节2观测数据,模拟设置,在描述的情况和天气情况。节3模拟的结果和观察,而其中最清晰的情况下提出了更多细节。讨论和结论部分4。

2。数据和方法

2.1。飞机数据

场活动是在波罗的海1997年5月1 - 4由英国气象办公室作为欧盟项目的一部分STAARTE大气研究(科学训练和飞机在欧洲),使用c - 130大力神气象研究飞机。几个飞机飞行腿在海面飞行,在水平和垂直方向。飞机的技术细节和仪表在安德森(描述22]。的两天期间,1997年5月2和3,边界层卷形成,这些天有两个coast-parallel水平飞行期间腿每天捕捉边界层卷。这些飞行腿被近似斜辊方向沿着海岸线的瑞典哥特兰岛的大陆和台湾的高度30 - 40米的距离20公里的海岸。八斜概要文件被空运在哥特兰岛和大陆之间的时期大约1小时。从这些,平均剖面计算,用于测定理查森梯度数字,高度25和140之间。在这项研究中测量温度、湿度、温度和风力,由铂电阻传感器测量的准确性0.3°C,露点温度由热电湿度计测量的准确性0.25°C,托静态系统它两种风速测量的精度0.5年代⁻¹。

2.2。SAR图像

边界层卷可以通过卫星影像发现,他们在哪里体现云乐队或条纹在水平风场。在这种情况下,卫星图像得到的ASAR(先进的合成孔径雷达)仪器环境卫星上,有两个立交桥在波罗的海地区一天。ASAR仪器测量的布拉格散射cm-scale毛细管和重力波产生的地方在海面风应力。相关的雷达后向散射可以等效中性风在10米高。使用卷的风场探测的优点,而不是视觉可以使用卫星图像是它即使在无云的条件。此外,有人建议,可以有多个尺度横摇运动,规模较小的对流和一个更大的云带规模(3,23,24]。通过研究风场、规模较小将被检测到。

SAROPS (SAR海洋产品系统)由NOAA(美国国家海洋和大气管理局)是用于检索从雷达后向散射的风速通过实证的反演风CMOD5检索算法。n [25]。像素在原始SAR数据平均到500米500风前的反演为了消除随机噪声的影响和长期波调制雷达入射角。这也意味着边界层卷与波长小于大约2公里将会被过滤掉。风向信息需要作为算法的输入,并获得从模拟风场GFS(全球预测系统)可以从美国国家海洋和大气管理局。风向数据的水平分辨率0.5°纬度和经度和3个小时的时间分辨率。这是内插空间的像素大小平均SAR数据。

塔的风从SAR检索比较,观察在波罗的海以前显示的均方根误差为1.17 m⁻¹和偏见−0.25米⁻¹(26]。这些结果是基于早先风检索算法,CMOD5,平均为0.7年代的风速⁻¹低于CMOD5.n。这是由于0.5年代的偏差纠正⁻¹和0.2年代的平均差异⁻¹之间真正的风和等效中性风(27]。影响大气稳定不考虑在SAR风检索,这导致绝对的不确定性风速值;特别是在高度稳定或不稳定的条件。因为我们感兴趣的主要是空间可变性与边界层风卷和风速振幅,SAR风速的绝对精度是不那么重要。

卫星图像从2011年在寻找边界层卷检查,并在今年每月平均有11个图像覆盖更大的南方波罗的海的一部分。在今年,两个清晰的情况下边界层卷观察,都发生在五月。这些案件将在部分2。3。

2.3。期间气象条件的情况下

四天与边界层卷发行量覆盖大面积将显示在这里。天气形势特征在所有情况下略对流条件下对土地,和西风或来自西北的风来自瑞典内地导演在波罗的海,创造稳定的条件高于海平面由于热风平流。

飞行测量活动期间有两天活动,1997年5月2和3。在这些天,低压系统正从挪威海斯堪的纳维亚半岛北部。与这相关的冷锋低压通过瑞典5月2日,将在寒冷的空气中。数据从地面站由SMHI(瑞典气象研究所)显示,大陆上的每日最高温度是15 - 19°C 5月2日5月3日和10 - 14°C。海温图表获得SMHI显示温度4 - 5°C在波罗的海的部分将会在这里学习。这些条件近年引起了10 - 15°C的温度对比5月2日和5月3日5 - 10°C。辊的风向期间活动向西(260 - 300°)5月2日,来自西北(290 - 320°)5月3日。10米高的风速是5 - 10 m s⁻¹在这两天。

在2011年5月17日和25边界层卷观察从SAR图像。5月17日早上风是往东南方向,把西风约1500 UTC后弱锋面系统传递。在5月25日风被西风在几乎整整一天,循环在瑞典北部低压。SMHI地面气象站的数据显示高度的风速在10米到12米⁻¹5月17日和3 - 9 m s⁻¹5月25日。最高白天温度超过土地- 17°C在这两天,带着温暖的气温沿海和北部地区的域。海的温度是7 - 10°C和最热的温度沿海岸。在陆地上平均温度是13°C,因此对应于近年3 - 6°C的温度梯度。在5月25日可以看到云乐队在土地周围的波罗的海的国家,表明边界层卷,如图1从5月25日,这是一个视觉卫星图像的MODIS(中分辨率成像光谱仪)Aqua卫星(https://modaps.modaps.eosdis.nasa.gov/services/about/products/c6/MYD02QKM.html)。

2.4。仿真设置

模拟覆盖观测的周期运行与WRF(气象研究和预测模型,这是一个中尺度数值天气预报模式广泛应用研究[28]。它可以运行一系列设置。这里,MYNN2边界层参数化方案,这已被证明给好的结果在稳定条件下(21,29日]。MYNN2 one-and-a-half-order关闭计划,湍流通量是湍流动能的功能和稳定性。模型运行几个嵌套域,如图2(一个)提供足够高的分辨率在感兴趣的领域。3水平分辨率是27日,9日,1公里,分别在一年的四个领域。有48个垂直的水平,与细网格间距在地表附近,以解决过程和边界层的正上方。例如,有12个模型级别低于100米,24水平低于1000米。一组灵敏度的模拟一个较小的内层的域,也决议修改当研究模型分辨率依赖。模型运行30 h的四个研究情况下,在1800年开始UTC之前感兴趣的第二天,第一个六个小时被用作向上。模型由ERA-Interim被迫再分析在外部域每六小时。总结的设置如表所示1。结果将显示从最内层的域,如图所示2 (b)。轮廓显示站点的地形模型。在瑞典有一个高原大陆,与地形高度达300米。岛上可以看到哥特兰岛东部的域。土地使用类别对土地是森林的大部分区域,粗糙长度为0.5米。

2.5。卷的定义特征

本节描述如何从模拟和观测定义不同的措施。为了能够比较不同情况下的仿真结果,两个研究领域被使用,被选中,是因为他们代表地区的高辊活动在陆地和海洋,分别的影响,避免厄兰岛南部的域。研究领域被使用在计算风速和边界层风切变和稳定性。风速()是大约在450米的高空拍摄,中间的边界层。风切变是计算风速最低的模型之间的差异水平和边界层高度的模型。风速及风切变计算研究区域内平均。稳定,表示为梯度理查森数,计算中位数在各自的研究领域,是根据计算 在哪里重力加速度,是意味着潜在的空气温度层, 是潜在垂直温度梯度, 是垂直风速梯度,计算最低模型之间的水平和140米。情况下从2011年稳定也从两个气象塔由乌普萨拉大学计算。第一个塔是140米高,放置在Ryningsnas内陆,从瑞典东海岸约35公里;参见图2 (b)(37]。理查森梯度数字,认为大陆的特点,计算高度25和140之间。第二个塔是高50米,把离岸约4公里外Karehamn东海岸的厄兰岛(图2 (b))。从这里的海面高度之间的稳定计算10和47米。

边界层卷通常特点是波长(),风速极大值或极小值之间的距离,和长宽比,波长辊高度的比值( )。边界层卷的大小也可以由他们的振幅()。波长和振幅计算截面的水平风速异常斜辊方向保持一致。三个截面,一个在陆地上中间的研究区域和两个在海上,在这项研究的最和最东部的边缘区域。计算波长之间的距离相邻风速极大值和相邻风速最小值之间的距离计算,然后取平均值。在土地、最大值和最小值只包括如果他们从地面延伸到至少一半反演的高度。在海上,卷不太清晰,使辊定义不准确。振幅计算一半水平风速之间的差异的每个相邻的卷。宽高比计算的平均波长在平均反转在各自的截面高度。

作为衡量边界层卷的强度的方差水平和垂直风速方向斜辊使用。书房内均值方差计算领域如下:在每个纬度斜辊方差计算在每一个高度,高度剖面。平均被接管这些概要文件在每个经度的最大值。

计算每小时模型进行输出。平均每小时值被超过次,大型卷活动,也就是说,当卷中观察到的大部分地区的三个截面。土地,时间步只包括边界层卷完全开发的,也就是说,如果卷签名可以看到在水平和垂直风速。

3所示。结果

3.1。边界层辊从飞机观测特征

在前两个情况下,1997年5月2和3的飞机进行了测量在瑞典和哥特兰岛的海岸。图3显示了水平风速和混合比在瑞典飞机飞行轨迹大陆1997年5月3日,飞行的高度40米。图3(一个)显示测量数据和图3 (b)显示模型数据从相应的位置和时间。振荡模式的风速与振幅可以看到1 - 2米⁻¹在混合比,0.2 g公斤⁻¹。通过视觉检查这些变量,可以看到的证据上升气流风速和混合比在几个不同的地方,图中的灰色地带。这些位置显示狭窄的峰值降低风速和相对湿度增加,有地区之间相对稳定值和宽度约10公里。这表明比下行气流上升气流区域是窄的。可以看到相似的其他飞行轨迹(没有显示)。傅里叶分析进行风和湿度测量沿飞行轨迹,显示出多种尺度的测量,从3到15公里的波长。如果天平在风速和相对湿度同时这种规模是卷的波长。振幅计算只是一半的平均峰值最大和最小值之间的差异。结果总结在表2结合仿真结果一样沿着轨道飞行中提取测量。测量和模拟显示,波长往往较小,振幅降低比在大陆以外在哥特兰岛。也显示飞机的稳定计算倾斜配置文件和从WRF。模型和观测显示稳定的条件,但在更大程度上的观察。所不同的是由于平均温度和风速资料有些不同的形状在观察和模拟,这不是意外由于不同的计算方法。

3.2。边界层辊从SAR图像特征

在接下来的两个案例,2011年5月17日和25 SAR图像可用,如图4。清晰的签名边界层被视为滚乐队的海面风场扩展从东海岸的瑞典,在一个面积南北距离约250公里。从图像的每个单独的卷可以被识别,27卷总数的5月17日和29卷5月25日,但有一些差距。波长计算为每个单独的卷之间的距离,除非之间存在着差距。波长和振幅与海岸的距离并没有改变。卷特点从SAR图像和稳定计算气象塔如表所示3。平均波长从SAR场景8 - 9公里,2.2年代的标准偏差⁻¹。

3.3。从模拟边界层卷特点

图5显示了模型模拟的水平风速四个病例约100米的高度。黑色线条的人物5(一个)和5 (b)显示飞机飞行腿节中讨论的程度3所示。1。黑色的矩形图5 (d)显示滚动的用于计算研究区域的特征。选择的数据约时间和高度有最大辊强度在海面。数据显示边界层卷在所有四天在大陆和扩展的海面在同一地区的卷SAR图像。1997年5月2和3条纹也看到扩展从哥特兰岛,显示,几十公里的距离不稳定条件是够边界层卷形成的。

之间的一些差异在辊特征观察天。表4介绍了每种情况下的天气形势特点和轧辊特性,计算节中描述2。5。天气特点从模型模拟相对类似的在所有的日子里,与风速的15 - 17米⁻¹在100米高度和大量的风切变。对流在陆地上是最强的5月3日,但近年温度梯度,因此稳定海,于5月2日是最强的。最明显的情况下边界层卷是5月3日和5月25日,当边界层形成早期,在0700 - 0800 UTC(−1人力资源从瑞典正常时间),剩下的,直到晚上,1800 - 1900 UTC。在1997年5月2日和2011年5月17日,边界层较弱,滚,5月17日下午,形成的边界层卷,因为低风速当天早些时候。由于风向南风的早期天花了一段时间卷流水在大海。

期间满卷的波长和振幅并没有改变在很大程度上,合理的使用时间平均水平,相比之下,例如,瑟斯顿等人的研究。19]。晚上卷开始消散后,逐渐过渡,直到他们完全消失了。前一节所示的SAR图像来自直到2030年UTC,当大多数的卷模拟已经消散。有趣的是,他们仍然清晰而明确的,振幅大晚上这个时候,这意味着可以更持久的卷在现实中比在模型中被描述。

在陆地上的平均波长5 - 8公里,一个典型的标准偏差在每个时间步长为2.5公里。相对于其他观察性研究这是相对较大。许多观察研究发现边界层卷尺度2公里(3,6,38从LES模型)和类似的结果(5,15]。然而,边界层卷在较大的波长也被观察到在许多情况下。例如,瑟斯顿等。19)观察与7 - 9公里波长下强烈的对流边界层卷在澳大利亚大陆。

之间有一个很好的协议模型和观测的波长附近的海岸协议更少。模型中波长估计增加海因为卷就越不容易形成,其结果是一些卷会存活更长的距离而其他人会消散。研究区外缘的只有几卷还与波长的结果估计增加了。然而,远过海这个距离并不总是真实的特征波长自卷的发行量是软弱和不清楚,有时与辊之间的差距。相比之下,观察到卷在这个距离都清晰可见,直,这使得它可以计算每个相邻的卷之间的距离。

在陆地上的平均振幅水平风是1.5 -2.0年代⁻¹一个典型的标准偏差为0.3 -0.7年代⁻¹在每个时间步。最强的卷振幅高达4米⁻¹。风速在下行气流比在上升气流异常。表中给出的振幅4是一个测量的风速异常卷产生而不是滚动循环的速度,更容易可以由纬向风的变化。随着卷扩展在海面的振幅降低土地价值为零。

辊方向大约是与边界层平均风向。卷的程度从海岸线80公里的三天,岛哥特兰岛之间的距离在东西方向。1997年5月3日风西北方向,使时间越长100公里的距离。在天虽然最大程度不同,最低程度一般是25 - 30公里。

解释的营力和维护卷研究的其余部分将侧重于从2011年5月25日,因为SAR图像,模拟显示完整的昼夜循环的边界层卷。图6显示了两个垂直截面方向斜辊1400 UTC,一个一个对土地和水,在各自的研究领域。黑色线条显示反演的高度,这是定义为潜在的高温度梯度第一次变得比0.004 K m⁻¹。截面在海上有两个明显的倒置,因此反演的高度是分开计算上方和下方400米的高度。低于400米反演高度对应的最高高度 。可以看到,边界层卷基本上被束缚在边界层内的土地,模型与边界层高度1200 - 1400米,这与反演高度基本一致。辊方向大约是与平均边界层高度风向。在海洋边界层卷很明显残留层和边界层。高度的卷开始由于风转向,增加和结构变得不那么明确了。还请注意,由于海岸线南北方向并不完全一致,但有些倾斜,海外的左边部分截面进一步比正确的部分,在大海中体现更大的反转高度图6 (b)。

从表4和数字5和6,有一个大的变化在波长和振幅的,从2到20公里。这意味着必须有几个过程作用于边界层卷结果从尺度地形,粗糙度,加热和蜿蜒的卷。似乎卷合并形成更大的大小的卷,而其他人则迅速消散。这个过程会产生许多不同的研究区域尺度。然而,现象的大小可以通过天气预报模型准确地得到解决8倍模型分辨率。由于有限的1公里水平分辨率卷几公里的波长将不会充分描述,和可能存在结构在较小的尺度上也不解决。波长的平均值可能因此被高估了,但它仍然是有用的显示模拟天之间的差异。

图7的特写图吗6(一),而是显示风速异常。清晰和相关模式的水平和垂直风速明显,水平较低的风速在上行气流和更高的下行气流。最大水平风力变化地面和附近发现的最大垂直风的变化在边界层,边界层卷的特点。

3.4。边界层卷的创建机制

热不稳定性可能起着重要的作用在这些卷的形成。这可以被研究辊的昼夜进化发生和热流从模型模拟。图8展示了热流在陆地上,它可以被视为一个测量对流和浮力产生的动荡和斜辊垂直风速方差()和水平风速(在1公里),计算模型网格部分的解释2。5。

可以看出,有一个明显的昼夜循环 ,类似于昼夜循环的热通量,但开始增加大约三小时后热通量变得积极。与热通量,同时开始减少,几乎消失在1700 UTC,当热流变得消极。在时间的增加 ,0700 - 1600 UTC,边界层卷显然是在陆地上,表明可能创造机制是热不稳定。水平风方差,另一方面,开始在大约同一时间增加的热通量,但持续的时间较长。在海上,值升高很明显直到2100年UTC。的形状曲线在陆地和海洋有一个稍微不同的形状,在方差在海峰在当天早些时候。然而,很可能增加方差/海在这个时候是由于槽的传递,而不是增加卷的活动。期间1700 - 2000 UTC,焦躁不安的结构可以看到只在水平风速字段。

先前的观察性研究的结果显示几种不同标准卷的形成。一些研究建议风速或风切变应该超过一定的限制,例如,风速5.5米以上⁻¹和剪切比 (4]。另一个则表明Obukhov长度范围的限制, 。例如,在审查论文etl和棕色(39它是当提到卷形式 和细胞的时候 卷和细胞之间的混合物。Smedman [13只有当]发现辊签名 。然而,边界层卷已经观察到的不稳定 (6]。在这种情况下,模拟显示平均边界层风切变的白天0.02 - -0.04,通过大多数的边界层风速是15 - 17米⁻¹。 是−−3 6。这些参数的值都是典型的在热辊形成不稳定。

正如前面提到的,对于动态不稳定引起的边界层卷需要斜辊风速剖面的一个转折点。在这种情况下,边界层混合在土地,只创建了一个拐点的边界层。因为我们没有发现大规模卷形成的证据在边界层的顶部和辊活动热通量的变化,很可能动态不稳定并不是主要的创作机制模型中模拟。观察在海洋表面没有明显的拐点在边界层或残留层的卷是位于的地方。在这里,然而,辊结构更清晰,这不是明显的机制是重要的。在某些情况下,在高海拔处签名是最强的,尽管这是不常见的。动态不稳定性可以可能采取行动维护卷在海面,虽然不是相同的力量卷的形成。

3.5。维护在水上的边界层卷

根据前一节讨论的辊活动可以分为两个不同阶段:0700 - 1600 UTC,卷成形时对土地和辊结构可以看到在垂直和水平风,和1700 - 2100 UTC当五花结构被认为只有在水平风。图9显示和在三次,想象的时间损耗。在这些板近似反演的高度,计算前一节中所说明的,也显示。右边有条纹的结构在水平风速的区域中可以看到计算方差。

从数据9(一)和9(d)可以看出,卷在陆地上活动被局限在边界层。在陆地上边界层混合和反演的限制1300米的高度。最大的是在500米的高度,在边界层高度的一半,和有其最大值100米的高度,类似于横截面,如图所示7。在海上,在最低稳定层150,这个有残留层之上。在1400 UTC开始腐烂的海岸线时分层成为稳定但没有消失,直到经度17.4,或约35公里外的海岸。类似的行为是观察(数据9(b)和9(e))。在海上,身高和力量的下降,但它并没有消失,直到大约60公里外的海岸。次网格尺度湍流动能(TKE),另一方面,迅速消散,几乎是零在10公里的海岸线。这是符合研究维氏et al。40)观察表明,流水动荡在哪里维护海外不到10公里。因此,海面风场的相干结构在白天,这比对流涡流更持久。对流和相干结构因此可能由不同的时间尺度。

下午对流湍流的衰退已在几项研究调查。下午转换在情理之中可以发生在几个小时,但在这种情况下的变化迫使非常突然,从稳定不稳定的海岸线。这种相似性一些LES Niewstad和Brost(1986),它是表明,对流湍流的衰退后突然移除表面热通量可以eddy-turnover所描述的时间: 在哪里边界层高度和吗 是对流速度。湍流将保持约常数eddy-turnover一次,然后根据幂律衰减。利用这个关系,eddy-turnover时间在这种情况下大约是13分钟。年代的平流风速17米⁻¹(海拔900米高度的辊最大)这意味着一个平流长度仅13公里,规模比平流的距离更短。

符合本研究,LES模拟由Glendening [5]表明,roll-like结构的时间尺度与对流时间尺度相比大大延长。提出了一种roll-overturning的时间尺度 在哪里是波长,滚和从配置文件的最大值的标准差斜辊纬度的水平和垂直速度,分别和是边界层高度。这个时间范围使用的轧辊动能,所表达的垂直和斜辊标准差滚尺度,我们需要解决运动1公里网格,而不是未解决的对流湍流。利用这个关系,的值 公里, , 1300米, ,给 分钟,这是大大超过eddy-turnover时间。17米的平流速度⁻¹,相对应的距离 37分钟38公里,同意与我们的模型模拟。然而,在这个关系假设的波长和振幅卷是统一的方向斜辊,这显然不是这样的。考虑到不确定性波长和振幅产生的不确定性±15分钟。在模拟Glendening [5)也没有表面迫使时间变化量,而本研究从稳定条件稳定,因此抑制增长的新卷。卷时的另一个效果是流水在海上摩擦解耦和增加风转向,这可能会增加耗散卷的偏转他们更多的向正确的高度,因此改变辊结构。这个偏转在图中可以看到6 (b)。滚动循环的时间表也假定是纯二维,则是将事情过于简单化了。自然卷有三维,因为水平风速上升气流之间的差异和向下气流区域。

图9在1800 UTC (g)显示最大的边界层内已经完全消失,与图一致8。另一个方差最大的左上角的数字9(d)和9(g),连接到重力波活动。边界层在陆地上冷却,残留层被创造出来。这个时候水平风力变化仍然明显。最大方差的位置已经在海面,而最大值已经降低了。可以看到五花结构在水平风1800 UTC,和一些条纹也可以看到2000 UTC,但没有比这晚的条纹了。从1700 UTC,起结构将不再被称为边界层卷但从对流剩菜当天早些时候,流水的风。在晚上,平流距离,从二维图从上空俯瞰,是增加。一些五花结构延伸到哥特兰岛的岛,80公里的距离对应于一个平流时间约75分钟。

3.6。灵敏度模型设置

理解边界层卷的敏感性模型设置一些额外的模拟进行。为了研究分层在海面是多么重要的维护在边界层卷两个额外的模拟过程中,对海温(海洋表面温度)在南部波罗的海是下降了2和4度,分别。这增加了稳定大海但同时影响空气温度在整个内域,也减少不稳定。表5使用不同的稳定性和图显示了结果10显示了水平风速异常在一个小区域的域。−2度的变化对海温主要影响了海洋表面稳定,变化幅度很小。减少4度对海温的影响也稳定在土地上,这可能是轧辊强度降低的原因。

尽管弱卷他们仍然流水在海岸相同的距离,显示稳定的强度并没有在很大程度上影响平流。这表明,边界层的耗散卷不受任何环境条件很大程度上但是固有耗散的长度取决于规模的大小和强度卷。

边界层卷的平均波长的5 - 8公里,是可以被限制的水平分辨率为1公里。因此,一组模拟了不同水平分辨率调查卷的大小是否与细分辨率降低。两个外部域名一样在默认的模拟,而是第三域的分辨率2.252.25公里,最内层的域分辨率为750750年第一个模拟和分辨率为565.5565.5年的第二次模拟。表6显示了这些模拟的波长和振幅沿横断面在相同的位置在以前的分析。域之间的最大区别是与分辨率2.25公里,域750决议,波长下降了4公里时增加分辨率。当增加分辨率562.5波长和振幅的变化仍显著但较小。

从表中很明显,有很强的解决依赖特征的边界层卷。这降低了结果的可靠性有两个原因。一是中尺度二级发行量增加时就会出现该决议时不一定是真实的。根据《et al。41)这可能是因为档案潜在的温度也一般不稳定测量相比,这可能迫使过度对流可以创建边界层卷或细胞。在陆地上可用的测量温度的概要文件在这种情况下,不足以得出结论是否可以这样。2011年5月25日边界层卷被认为在可见的卫星图像和SAR图像,表明这是一个真实的现象。劳斯莱斯也在所有分辨率比9公里,还隐约可以观察到9公里分辨率。观察性研究还表明,边界层卷通常观察到在这些类型的大气状况,部分中提到3所示。4。因此,这些现象可能是真实的,因此第二个问题是,边界层卷的规模是未知的。研究表明,当增加分辨率subkilometre规模辊振幅和增长率增长41,滚发行量可以转化为更多的无组织的对流模式(18,19),这意味着它不能安全地说分辨率增加会提高性能的模拟。我们仍然不知道如何边界层卷与次网格尺度湍流相互作用,因此不可能说,决议卷的描写是最准确的。模拟研究中应该因此被定性和看大规模范围和连接到气候模式而不是自己卷的详细结构。

4所示。讨论和结论

在这项研究中4例边界层卷研究了,在以上观察海洋边界层在稳定的条件。模型模拟显示,在对流边界层卷了陆地表面和流水更冷的海面,被维护几十公里的稳定边界层和上面的残留层。其他研究边界层卷在海面形成机制已被归因于稳定的动态不稳定。

结果与两种不同类型的测量:测量飞机和卫星SAR图像,证实该模型结果在海面。协议相对良好的波长、振幅、平流距离海面。然而,由于分辨率依赖的发行量,有一个辊强度和规模的不确定性。

四天模仿观察之间的一些差异。在所有天风速大,范围在15 - 17米⁻¹中间的边界层。1997年5月2日的条件是最稳定和卷不明显。2011年5月25日的风速是最大和最小波长。因此存在一个最佳似乎在天气条件形成,与大风速和温和的不稳定条件。从这有限的研究没有进一步的结论对控制这个推测最佳辊可以形成。

敏感性模拟显示没有辊与over-ocean稳定特征的依赖。然而,当卷更加中性的条件变得更加线性和弱。这表明主要的土地条件控制辊的特点和平流距离大海。

在四天,三辊形成的一个完整的昼夜循环可以观察到在模型模拟。其他的研究(12,19,42)报道,边界层卷是第一类型的对流模式,当天晚些时候会变成细胞或组织对流将越来越不稳定。在这种情况下边界层卷被观察到在模型模拟整个对流期间。对流已经停止后,焦躁不安的结构仍然可以看到在水平风速。因此似乎有一个延迟时间和空间在卷完全消散。延迟时间,我们认为,是由于一个卷的固有属性和他们的平流速度和发生在白天当卷充分发展。延迟时间观察发生在一些情况下,在晚上滚后迫使已经停止。这些结构能承受一些类比岛醒来,坚持稳定或中性条件下由于环境湍流强度较低。

风速变化由于辊发行量超过3米⁻¹在100米高度时看到的一天11小时从模型模拟和甚至更长时间。水平风速的变化是最大的在这个高度,这是现代风力涡轮机建造。这增加风速的不确定性估计,可以短期风电预测的重要性。

水平对流边界层的卷可能会发生在高纬度沿海地区在春季和夏季,当条件是正确的。作为一个例子,天与风速大于10米⁻¹和理查德森梯度数量少于−0.005每月大约3天发生在春季和夏季在研究区域的土地。这个值从气候与WRF模型模拟计算了十三年。由于波罗的海是被陆地包围的地区相对较短的获取,这意味着大多数风的方向会影响大海。

总之,它已经表明,平流的土地功能在海岸线是可能的,可以影响海上长时间时间条件和大型离岸距离。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

研究了风力研究中心作为站立会议的一部分。模拟进行计算瑞典国家基础设施所提供的资源(SNIC)在林雪平大学国家超级计算机中心(NSC)。第1层的Aqua / MODIS数据收购和大气存档和分配系统(LAADS)分布式有源档案中心(DAAC),位于戈达德太空飞行中心,绿地,马里兰州(https://ladsweb.nascom.nasa.gov/)。是管理学副博士的一部分论文的工作Svensson [43]。