我国西北干旱地区是沙尘暴的多发地区,沙尘暴的发生和发展所需要的物质(沙尘)和能量主要是通过大气边界层来输送和运作的,因此对干旱区大气边界层结构和演变特征及边界层对流的研究显得尤为重要。本论文利用“西北干旱区陆-气相互作用野外观测试验”加密观测期间在敦煌站的观测资料和大涡模式(LEM),模拟研究了干旱区夏季超厚边界层的结构及演变特征,模拟的对流边界层平均位温与实测位温探空廓线有较好的一致性。通过一系列敏感性数值试验模拟分析了地表热通量、风切变、初始覆盖逆温强度以及模式分辨率对边界层对流的形式、强度及物理量分布的影响,进一步研究了边界层对流对示踪物抬升和垂直传输的影响,并分别定量地给出了地表热通量和风切变与示踪物抬升效率和传输高度关系的理论模型。所得主要结果和结论如下：(1)利用6月3日07时位温、比湿和风速廓线以及实测地表热通量驱动大涡模式LEM,通过一系列改变地表热通量强度和风切变大小的敏感性数值试验,诊断分析了不同地表热通量和风切变对边界层对流及示踪物抬升和传输的影响。研究结果表明：当风切变一定时,随着地表热通量的增大,由于近地层湍流运动增强,向上输送的热量也较多,对流边界层(CBL)变暖且厚度增大,边界层对流的强度也增强；当地表热通量一定时,随着风切变的增大,夹卷作用增强,将逆温层中的暖空气向下卷入混合层中,CBL也增暖变厚,但是边界层对流的强度有所减弱。用最小二乘法定量地分析了地表热通量和风切变分别与示踪物抬升效率和传输高度的关系。分析结果表明,当风切小于10.5×10-3s-1,增大地表热通量加强了上层动量的下传,使示踪物的抬升效率也线性增大。而当地表热通量小于462.5W/m2时,增大风切变减弱了边界层对流的强度,从而使示踪物的抬升效率减弱。当风切变一定时,示踪物的平均传输高度随地表热通量增加而增大,而地表热通量一定,只有风切变大于临界值时,示踪物平均传输高度才随风切变的增加而增大,而临界风速的大小由地表热通量决定。(2)利用6月3日12时位温、比湿和风速廓线以及实测地表热通量驱动大涡模式LEM,通过改变初始覆盖逆温强度的数值试验,模拟分析了初始覆盖逆温强度对边界层对流及示踪物传输的影响。研究结果表明：覆盖逆温层被边界层对流贯穿之前,初始覆盖逆温强度较小的试验模拟的边界层对流的强度较强,边界层厚度较大,示踪物的传输高度也高。覆盖逆温层一旦被边界层对流贯通,初始覆盖逆温增强的试验模拟的边界层对流强度反而较大,并且有效地使混合层与覆盖逆温层之上的中性层结混合,形成厚度较大的超厚边界层,示踪物也被传输到较高的高度。覆盖逆温层被边界层对流贯穿之前,覆盖逆温强度较弱,边界层顶夹卷作用较强,夹卷层厚度较厚,夹卷层位温方差较大,而且覆盖逆温强度越弱,热泡的上升运动越强,垂直速度方差越大,转化的水平分量也越多,从而水平速度方差也较大。而当覆盖逆温层被边界层对流贯穿后,原来被限制在逆温强度较大且厚度较小的边界层对流发展更旺盛,位温方差、水平和垂直速度方差也都相对较大。另外,通过分析不同高度垂直速度、位温等物理量的概率密度函数分布发现,覆盖逆温层被贯穿之前,越往边界层顶,覆盖逆温较弱的试验模拟的下沉气流较多,且下沉气流的强度较强；并且在边界层顶,由于夹卷作用增强,位温和示踪物浓度的概率密度函数分布更加趋于平缓。覆盖逆温层被贯穿之后,在边界层顶附近,覆盖逆温增强的试验模拟的上升和下沉气流的强度较强,边界层顶的平均位温较大,PDFs分布更平缓。(3)利用6月3日12时的探空廓线对LEM模式初始化,通过改变模式水平分辨率和垂直分辨率的敏感性数值试验,分析了模式水平分辨率对边界层平均结构及演变特征模拟的影响,进一步探讨了模式水平和垂直分辨率对夹卷层结构,以及对示踪物垂直传输的影响。结果表明：模式水平分辨率对边界层平均结构的模拟有较大影响,分辨率较低,模拟的CBL中位温较小,而且位温垂直梯度小于零。这与降低模式水平分辨率,模拟的边界层顶的夹卷作用减弱有关。提高模式分辨率,增强的夹卷作用将上层更多的暖空气向下卷入,使得夹卷层位温方差增大。同时,提高模式水平分辨率,更多小尺度湍涡运动被精确计算,以小尺度湍涡贡献为主的垂直脉动速度方差明显增大。另外,分象限讨论夹卷层热通量垂直分布的结果显示,提高模式水平分辨率,模拟的各象限夹卷热通量都增加,且上升冷气流对夹卷热通量的贡献增加较多。进一步分析夹卷层不同高度垂直速度、位温及示踪物浓度的概率密度函数分布发现,模式水平分辨率较高,模拟的垂直速度和位温的变化范围较大。另外,模式水平分辨率提高,模拟的示踪物垂直传输高度也较高。当模式水平网格距增大到1000m时,模式模拟不出边界层各物理量的水平分布特征。改变模式垂直分辨率对夹卷热通量影响较大,分辨率为30m、20m和10m的试验模拟的夹卷层热通量廓线相似,而垂直分辨率为50m和100m的试验模拟的夹卷层热通量廓线相似,而且提高模式垂直分辨率模拟的上升冷气流对夹卷热通量贡献较大。在本文的研究中,水平分辨率为200m,垂直分辨率大于30m(20m,10m)的试验既能较好地模拟边界层的平均热力结构,又能更精细地模拟出边界层顶的夹卷过程。