近日，兰州大学黄建平院士研究团队联合北京大学、中国气象局数值预报中心和中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所围绕大气边界层非平稳湍流取得系列研究进展。研究聚焦大气边界层非平稳湍流的识别、分类、修正及参数化应用，为复杂下垫面边界层湍流研究提供了理论和方法支撑。相关成果分别发表于 Geophysical Research Letters、Journal of Geophysical Research: Atmospheres 和 Atmospheric Research。
首先，研究团队发现：传统平稳性检验方法对受次中尺度扰动影响的非平稳湍流识别能力存在明显不足，会将大量的非平稳样本误判为平稳样本，其中超过60%的记录被漏判。针对这一问题，团队基于次中尺度运动与湍流运动分离方法，提出了新的非平稳强度指标和九级分类框架，为复杂地形和非均一下垫面条件下非平稳湍流的定量识别提供了新手段（Xu, Ren* et al., GRL, 2026）。
图 1 传统平稳性检验对次中尺度扰动影响下非平稳湍流的漏判现象
其次，研究团队从湍流微观结构特征出发，区分和识别无湍流间歇性、大尺度湍流间歇性、小尺度湍流间歇性和全尺度湍流间歇性四类典型状态，揭示了次中尺度运动及不同尺度湍流间歇性对相似理论适用性的影响。研究结果显示：在去除次中尺度运动成分后，近地面层风速、温度等湍流统计结构更符合经典相似性理论；据此，建立了次中尺度运动与理查森数的经验性参数化关系，为改进边界层湍流表征提供了新依据（Kang, Ren* et al., JGR, 2025）。
图 2 大气边界层非平稳湍流的四类谱特征分类
最后，研究团队针对我国西北典型沙漠下垫面，发展了基于湍流微观结构特征的自动分类算法，进一步阐明了不同湍流间歇性类别的动量、热量等湍流通量估算的系统偏差，提出了区分不同湍流间歇性类别的修正方案和给出了可能的模式应用流程。相关结果有助于深入理解强非平稳条件下边界层湍流输送机制，以及为边界层参数化方案改进和天气气候模式水平提高提供科学支撑（Kang, Ren* et al., AR, 2026）。
图3 非平稳湍流分状态修正与参数化应用示意流程图
研究成果受国家自然科学基金委和科技部重点研发等项目资助。第一作者分别是兰州大学大气科学学院硕士研究生徐玥和康沛萱，通讯作者为兰州大学西部生态安全协同创新中心任燕青年教授，合作作者包括北京大学张宏昇教授，中国气象局数值预报中心魏伟研究员，中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所买买提艾力·买买提依明研究员、王豫和宋美琪助理研究员，兰州大学大气科学学院梁捷宁副教授、李佳耘青年研究员、曹贤洁副教授、田鹏飞教授、张镭教授和黄建平教授。
论文链接：
Xu Yue, Ren Yan*, Zhang Hongsheng, Kang Peixuan, Liang Jiening, Cao Xianjie, Tian Pengfei, Zhang Lei. 2026. Quantifying and Classifying Non-stationary Turbulence under Sub-Mesoscale Disturbances. Geophysical Research Letters. 53, e2026GL121634. https://doi.org/10.1029/2026GL121634
Kang Peixuan, Ren Yan*, Zhang Hongsheng, Liang Jiening, Tian Pengfei, Cao Xianjie, Li Jiayun, Zhang Lei. 2025. Modification of similarity relationships and parameterization of submesoscale motions under spectral regimes over uniform flat terrain. Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 130, e2025JD044580. https://doi.org/10.1029/2025JD044580
Kang Peixuan, Ren Yan*, Zhang Hongsheng, Wei Wei, Xu Yue, Mamtimin Ali, Wang Yu, Song Meiqi, Liang Jiening, Zhang Lei, Huang Jianping. 2026. Impacts of full-scale turbulence intermittency on land-atmosphere interactions in the hinterland of the Taklimakan Desert. Atmospheric Research. 108782. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2026.108782
