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光学学报 2012年第2期32卷 10-16页

作者：卢超袁仁民罗涛吴徐平孙鉴泞深圳市国家气候观象台广东深圳518040 中国科学技术大学地球和空间科学学院安徽合肥230026 南京大学大气科学学院江苏南京210093

边界层作为地面与自由大气的过渡带对人类活动影响很大。边界层湍流结构尤其是夹卷层的湍流特征,是边界层研究的一个重要方面,这对于加深对边界层的认识以及研究边界层参数化具有十分重要的意义。由于边界层上部位置较高,难以进行精细... 详细信息

边界层作为地面与自由大气的过渡带对人类活动影响很大。边界层湍流结构尤其是夹卷层的湍流特征,是边界层研究的一个重要方面,这对于加深对边界层的认识以及研究边界层参数化具有十分重要的意义。由于边界层上部位置较高,难以进行精细结构观测。在室内对流水槽(150cm×150cm×60cm)中模拟了大气对流边界层的发生发展。将准直光通过模拟对流边界层得到光斑图像数据。利用改进协方差法对光斑图像进行功率谱分析,找出功率谱密度最大值所对应的频率即峰值频率,峰值频率对应的波长为涡的特征尺度。研究结果表明,在混合层,峰值波长较小,说明此处混合比较均匀,小尺度结构占主导地位。而夹卷层的峰值波长较大。夹卷层的平均峰值波长与对流Richardson数存在一定的关系,这种关系受下垫面类型以及对流状况的双重影响。

关键词：大气光学峰值波长功率谱分析水槽模拟混合层和夹卷层非均匀下垫面

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模拟的对流边界层大气闪烁频谱特性研究

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光学学报 2009年第8期29卷 2033-2038页

作者：卢超罗涛吴徐平孙鉴泞袁仁民中国科学技术大学地球和空间科学学院安徽合肥230026 南京大学大气科学系江苏南京210093

边界层是地面与自由大气的过渡带,对人类活动有重要影响。由于边界层上部位置较高,进行精细结构观测很难。在室内对流水槽(150 cm×150 cm×60 cm)中模拟了大气对流边界层的发生发展。将准直光通过模拟对流边界层得到光斑图像数据,对光... 详细信息

边界层是地面与自由大气的过渡带,对人类活动有重要影响。由于边界层上部位置较高,进行精细结构观测很难。在室内对流水槽(150 cm×150 cm×60 cm)中模拟了大气对流边界层的发生发展。将准直光通过模拟对流边界层得到光斑图像数据,对光斑图像数据进行频谱分析。根据光在湍流介质中的传输理论确定无标度区间得到边界层各高度处的标度指数。研究表明,均匀下垫面标度指数在混合层基本在-8/3左右,接近各向同性湍流的理论值。而夹卷层的标度指数,实验初期严重偏离理论值,但在实验后期,由于对流剧烈也逐渐接近-8/3,此时夹卷层也趋于混合均匀。夹卷层平均标度指数与对流Richardson数存在一定的关系。标度指数廓线随高度的变化特点与同时刻的热通量廓线和归一化光强方差廓线有比较一致的对应关系。

关键词：大气光学光学湍流标度指数水槽模拟混合层和夹卷层

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对流边界层大气闪烁频谱特性的室内模拟研究

对流边界层大气闪烁频谱特性的室内模拟研究

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中国气象学会2008年年会第二届研究生年会分会场

作者：卢超罗涛吴徐平孙鉴泞袁仁民中国科学技术大学地球和空间科学学院南京大学大气科学系

室内模拟是大气边界层研究的一种常用手段。在室内对流水槽（150cm×150cm×60cm）中模拟了大气对流边界层的发生发展。将准直光通过模拟对流边界层,根据光在湍流介质中的传输理论得到边界层各高度处的标度指数。研究表明,均匀下垫面标... 详细信息

室内模拟是大气边界层研究的一种常用手段。在室内对流水槽（150cm×150cm×60cm）中模拟了大气对流边界层的发生发展。将准直光通过模拟对流边界层,根据光在湍流介质中的传输理论得到边界层各高度处的标度指数。研究表明,均匀下垫面标度指数在混合层基本在-8/3左右,接近各向同性湍流的理论值。而夹卷层的标度指数,实验初期严重偏离理论值,但在实验后期,由于对流剧烈也逐渐接近-8/3,此时夹卷层也趋于混合均匀。夹卷层平均标度指数与对流Richardson数存在一定的关系。还可发现,标度指数廓线随高度的变化特点与同时刻的热通量廓线和归一化光强方差廓线有比较一致的对应关系。

关键词：大气光学光学湍流标度指数混合层和夹卷层水槽模拟

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模拟的对流边界层大气光学湍流的尺度分析

模拟的对流边界层大气光学湍流的尺度分析

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第28届中国气象学会年会

作者：卢超袁仁民罗涛吴徐平孙鉴泞深圳市国家气候观象台中国科学技术大学地球和空间科学学院南京大学大气科学学院

边界层作为地面与自由大气的过渡带对人类活动影响很大。边界层湍流结构尤其是夹卷层的湍流特征,是边界层研究的一个重要方面,这对于加深对边界层的认识以及研究边界层参数化具有十分重要的意义。在边界层的研究中,人们多数是通过外场... 详细信息

边界层作为地面与自由大气的过渡带对人类活动影响很大。边界层湍流结构尤其是夹卷层的湍流特征,是边界层研究的一个重要方面,这对于加深对边界层的认识以及研究边界层参数化具有十分重要的意义。在边界层的研究中,人们多数是通过外场观测和计算机数值模拟。但是外场观测耗资巨大,重复性很差,计算机模拟的结果也需要实际观测数据进行验证。相对于以上研究手段,室内模拟实验由于其稳定性、可重复性和容易实现等优点,是一种很好的途径。本文通过模拟手段,在室内对流水槽（150cm×150cm×60cm）中模拟了大气对流边界层的发生发展。利用准直光束通过对流水槽得到光斑图像数据。利用改进协方差法对光斑图像进行功率谱分析,找出功率谱密度最大值所对应的频率即峰值频率,峰值频率对应的波长为涡的特征尺度。得到如下结果:1均匀下垫面与非均匀下垫面边界层混合层的峰值波长普遍偏小且基本保持不变,而到了夹卷层,峰值波长逐渐变大,在Zi高度左右会出现一个峰值。说明在混合层内部,能量集中分布在小尺度湍流上,此时小尺度湍涡占主导地位。随着下垫面的加热,对流活动旺盛,这些小尺度湍涡被对流挟带向上运动进入夹卷层,受顶部逆温层的影响被迫向水平方向拉伸,结果形成了水平尺度较大的湍涡。2均匀下垫面和非均匀下垫面边界层其混合层的平均峰值波长与Ri关系不明显,说明混合层的湍涡尺度基本不受热对流的影响。夹卷层的平均峰值波长与Ri呈明显的反相关,其关系受对流活动及下垫面非均匀性的双重影响。在Ri较小时,各类型下垫面边界层曲线符合比较一致,此时主要受对流活动的影响,Ri越小,对流活动越强,此时进入夹卷层的小尺度湍涡越多,向水平方向拉伸形成的结构尺度就越大;在Ri较大时,曲线特征随着下垫面类型的不同相互分离,此时非均匀性的影响占主导地位,非均匀性越强,混合层的对流活动越弱,随着对流垂直输送入夹卷层的湍涡就越少,导致上升入夹卷层的湍涡不易向水平扩展,形成的湍涡尺度就越小。

关键词：大气光学峰值波长功率谱分析水槽模拟混合层和夹卷层非均匀下垫面

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