【摘 要】
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WRF（Weather Research and Forecasting）模式是目前气象研究中使用最为广泛的中尺度模式之一。模式中的湍流扩散常使用边界层参数化方案来描述。由于边界层方案本身的不完备,在浮力作用很弱大气条件下,计算的湍流垂直扩散系数可能为零,这意味着垂直扩散完全不存在,与真实世界不符。因此许多边界层参数化方案中引入一个小的、经验性的修正值,即最小湍流扩散系数Kzmin,使得模式有最低
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WRF（Weather Research and Forecasting）模式是目前气象研究中使用最为广泛的中尺度模式之一。模式中的湍流扩散常使用边界层参数化方案来描述。由于边界层方案本身的不完备,在浮力作用很弱大气条件下,计算的湍流垂直扩散系数可能为零,这意味着垂直扩散完全不存在,与真实世界不符。因此许多边界层参数化方案中引入一个小的、经验性的修正值,即最小湍流扩散系数Kzmin,使得模式有最低限度的垂直扩散。本研究利用WRF及WRF-Chem对北京及周边地区进行模拟,并检验ACM2边界层方案中Kzmin在常见取值范围中变化时,对温度、风速、水汽以及PM2.5模拟结果的影响。这将有利于让研究人员了解在对类似过程模拟中,常见气象要素以及PM2.5在什么时段,什么区域受到Kzmin的影响较大。研究发现:（1）最小湍流扩散系数Kzmin设置的不同会对近地面温度、比湿、风速造成影响,这是由于Kzm in的大小会影响湍流扩散强度,较大的Kzmin意味着模式中湍流扩散的下限较高。对于温度,较大的Kzmin会模拟出更高的低层温度,这种差异在夜间大于白天。对于水汽,较大的Kzm in模拟出更小的低层比湿。对于风速,较大的Kzmin模拟的夜间低层风速较小,白天则风速较大。与温度、比湿不同的是,改变Kzmin对温度、比湿的影响在地面附近较大,向上则逐渐减小,而对于风速,由于下垫面的摩擦作用,对地面附近风速影响较小,向上逐渐增大,在一定高度后再逐渐减小。（2）改变Kzmin在不同区域产生的影响不同。对平原地区的2米温度,2米比湿,10米风速的影响比山地地区更大,对夜间2米温度,10米风速的影响比白天更大,对城市地区的2米温度影响更大,2米比湿,10米风速对是否为城市下垫面则不敏感。改变Kzmin对海陆边界附近的2米比湿影响较大。（3）增大Kzmin引起的湍流扩散增强,会使得模式模拟的近地面PM2.5浓度有一定降低,特别是第一、二层降低明显,使得模式模拟的PM2.5不再大量集中在近地面附近。在空间上,增大Kzmin使得在PM2.5浓度较大的区域,浓度下降较多。因此在对重污染过程进行模拟时,应注意不同边界层方案中最小湍流扩散系数Kzmin设置的不同可能对模拟结果产生影响。（4）将Kzm in设置为一种与当地城市化率成正比的形式时(Kzm in为0.01～1.0m~2 s-1),与原始的设置(Kzm in为0.01m~2 s-1)相比,主要差异在城市地区,城市地区的2米温度,10米风速有所升高,非城市地区变化较小。2米比湿在部分地区有所减小,但对城市下垫面不敏感,这一点与2米温度,10米风速有所不同。对于PM2.5,城市地区浓度下降较多,非城市地区浓度也有一定下降。与直接增大Kzm in到1.0m~2 s-1相比,其对2米温度,2米比湿,10米风速,PM2.5的影响均更小。
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