卡曼常数是边界层气象学中的一个重要参数,它表征了大气湍流运动的强度,直接影响着动量、热量和水汽在近地层大气和地球表面之间的交换。
近年来,随着城市化、气候变化和观测技术的发展,卡曼常数并非一个恒定值,其取值受到多种因素的影响,例如大气稳定度、地表粗糙度、热力效应等,这给数值模式模拟边界层气象场带来了挑战,并进一步影响着天气预报、气候预测和空气质量模拟的准确性。
本综述首先介绍了卡曼常数的定义、物理意义及其影响因素,然后回顾了卡曼常数在数值模式中的应用现状,重点阐述了不同卡曼常数对边界层风速廓线、温度廓线、湿度廓线和湍流特征的影响模拟研究,并探讨了边界层气象场对卡曼常数变化的敏感性,最后总结了现有研究的不足和展望了未来的研究方向。
关键词:卡曼常数;边界层气象场;数值模拟;敏感性分析;大气稳定度
1.1卡曼常数卡曼常数(vonKármánconstant,k)是边界层气象学中的一个基本参数,它表征了大气湍流运动的强度,以匈牙利-美国航空航天工程师TheodorevonKármán的名字命名。
卡门常数将湍流脉动速度与雷诺应力联系起来,反映了动量、热量和水汽在近地层大气和地球表面之间的垂直交换效率。
1.2边界层气象场边界层气象场是指受地球表面摩擦力和热力作用直接影响的大气底层,其高度通常从几十米到几公里不等,具有明显的日变化特征。
边界层气象场要素包括风速、风向、温度、湿度、气压、降水、辐射等,这些要素之间相互作用,形成复杂多变的边界层结构和演变规律,对天气、气候、环境和生态等方面都具有重要影响。
1.3数值模拟数值模拟是指利用计算机程序求解描述大气运动的流体力学和热力学方程组,从而对天气、气候和环境进行预测和研究的一种方法。
数值模式是数值模拟的核心工具,它通过将大气分割成一个个网格点,并在每个网格点上求解控制方程,来模拟大气状态和变化过程。
