陆面非均匀性对局地中小尺度环流和对流风暴系统具有重要影响，下垫面状况的不同导致地气间的热量通量、水汽通量和动量通量发生变化，从而形成局地环流，局地环流对中尺度对流系统有触发、加强和组织作用。环境大气在局地环流的形成和演变过程中有强烈的调控作用，影响着局地环流的发生、发展和强度变化。非均匀下垫面在一定大气背景条件下，形成的局地热力、动力差异，对由大尺度强迫形成的中尺度系统有调节作用。准确认识这些过程对提高中小尺度天气系统的预报能力有着十分重要的作用。本文利用一个完全可压缩、非静力的中尺度模式(ARPS)及其耦合的陆面过程模式对上述问题进行了模拟研究和机理分析。主要研究内容和结论有： (1)作为对模式系统的检验，我们模拟了土壤湿度的变化对海陆风环流系统的影响，当陆地上土壤含水量是饱和含水量50％时，模拟的海风环流的最大水平风速达到6m/s，最大上升运动1m/s，海风环流的厚度约800m，这些特征和已有的观测及模拟研究结果类似。海风环流的强度与土壤含水量有关，土壤含水量高海风环流弱，向内陆伸展的范围也小。模拟结果还表明，白天海风控制的地区TKE很小，湍流活动微弱，海风锋前的陆地上有较大的TKE，因此湍流活动强，到海风锋区所在的位置是湍流动能水平梯度最大的地区。 (2)利用数值试验的方法对陆地上水体激发的局地环流的特征进行了研究，研究表明，在水陆温差固定、背景风速为零的条件下，水平尺度小的水体激发的局地环流弱，水平尺度大的水体激发的局地环流强，当水体水平尺度超过40km后，在我们所给的条件下，水体激发的局地环流强度变化的幅度趋缓。如果把局地环流中上升运动超过10cm/s，上升运动的高度达到1000m，作为启动湿对流的条件，则2km宽的水体所激发的局地环流，在适宜的大气条件下就能启动湿对流。 背景风场对局地环流有比较复杂的影响，如果用局地环流上升运动的大小，表示局地环流的强度，则在背风侧，背景风场的作用下总是使局地环流比无背景风时减弱。在迎风侧，背景风场对局地环流的作用与其大小有关，随着背景风速的增大，局地环流的强度也相应地增大，但是，当背景风速超过某一临界值Vsc时，其反过来抑制局地环流，使得局地环流减弱或不发展。在我们的试验中，当水陆温差为4℃时，背景风速为1～2m/s时，局地环流的强度最强；当水陆温差为10℃时，背景风速3～4m/s局地环流最强；当水陆温差为15℃时，背景风速4～6m/s局地环流最强。所以说，水陆温差越大，Vsc越大。 (3)用数值试验的方法分析了下垫面过程对强风暴系统的可能影响，从分析可以看出，由于下垫面过程的影响，风暴的结构和移动发生了显著的变化。但在我们所做的敏感性试验中，由于下垫面对低层大气的感热加热，使得冷丘边缘的水平温度梯度变大，进而加大了冷丘和环境大气之间的水平气压梯度，导致冷丘前缘阵风锋加强，水平辐合增加，上升运动增强。增强了的边界层上升运动，不断地启动新的对流，对流导致降水的加强，降水的拖曳和蒸发作用反过来加强了地面冷丘，这样又使得冷丘边缘的温度梯度和水平辐合得以维持，对流也得以维持。从我们的分析中还可以看到，由于冷丘前缘水平温度梯度增加，导致大气低层水平辐合和垂直运动的增加，其作用主要是使得边界层内垂直运动的强度达到了启动对流的临界值，而对单个对流本身的强度没有很大的影响。 这些分析说明下垫面非绝热加热过程有可能对强风暴类的天气系统产生影响，它主要通过改变冷丘边缘阵风锋的强度，增强低层辐合，从而促发对流的形成这一过程来实现。在我国西北部的干旱地区、美国西部和非洲的沙漠地区，经常出现由强对流活动引起的特强沙尘暴(又称黑风暴)，他们所处的下垫面条件和本章敏感性试验中给出的比较相似，在那里由于土壤比较干燥，下垫面对大气的感热加热比较明显，当对流风暴系统形成和移动到这类地区时，其强度就有增强的可能。另外，在江苏苏北北部地区强风暴发生频率较高，也可能和下垫面性质有关。 (4)利用半地转动量近似分析研究了湍流交换系数的水平不均匀引起的边界层顶垂直速度的变化。对气旋性流场而言，湍流交换系数的水平变化可以加强或减弱边界层顶的上升运动，它取决于气压场的梯度方向以及边界层顶的流场方向和K的梯度方向的夹角是否大于90°，当它们的夹角小于90°时，边界层顶的垂直运动得到加强，大于90°时，边界层顶的垂直运动减弱。计算分析表明：(1)湍流交换系数的非均匀导致边界层顶Ekman抽吸的改变主要受气压场的影响，边界层顶风场的影响较弱。(2)在地转风速为7m/s，K的水平梯度为10m2·s-1/1000km时，气旋性环流中边界层顶Ekman抽吸约改变17％左右。