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小兴安岭近地层湍流能谱特征

高原气象 2021年第2期40卷 374-383页

作者：孙鹏飞范广洲曲哲刘星光王寅钧袁潮成都信息工程大学大气科学学院四川成都610225 黑龙江省伊春市气象局黑龙江伊春153000 黑龙江省人工影响天气办公室黑龙江哈尔滨150030 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 辽宁省盘锦市气象局辽宁盘锦124010

利用小兴安岭南麓五营地区涡动相关系统的观测资料,分析不同大气稳定度条件的湍流速度谱、温度谱、湿度谱、协谱及局地各向同性特征。结果表明:三维速度(u、v、w)谱和垂直速度(w)与水平纵向速度(u)、温度(θ)的协谱(uw、θw)的谱峰均随... 详细信息

利用小兴安岭南麓五营地区涡动相关系统的观测资料,分析不同大气稳定度条件的湍流速度谱、温度谱、湿度谱、协谱及局地各向同性特征。结果表明:三维速度(u、v、w)谱和垂直速度(w)与水平纵向速度(u)、温度(θ)的协谱(uw、θw)的谱峰均随稳定度的增加而向高频端移动。湍流速度(u、v、w)谱、温度(θ)谱和湿度(q)谱在惯性副区均满足-2/3定律。uw协谱、θw协谱和垂直速度(w)与湿度(q)的协谱(qw)在惯性副区并不完全遵循-4/3定律,尤其是uw协谱的拟合斜率更接近-1。水平方向湍流谱峰波长范围为130~1820 m,垂直范围为49~113 m。温度谱谱峰波长范围为149~260 m,湿度谱谱峰波长范围为198~455 m。uw协谱谱峰波长范围为228~455 m,θw协谱谱峰波长范围为172~260 m,qw协谱谱峰波长范围为172~346 m。v谱在惯性副区基本满足局地各向同性,w谱在惯性副区不满足局地各向同性,可能与森林下垫面对垂直方向湍流大涡的破碎作用有关。

关键词：森林下垫面湍流谱湍流协谱局地各向同性

青藏高原东部拉萨河下游地区大气湍流交换特征研究

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高原气象 2022年第1期41卷 204-215页

作者：杨斌袁祺谭昌海张功郑宁谷良雷中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心北京100055 中国林业科学研究院林业研究所北京100091 中山大学大气科学学院广东珠海519082 中国科学院西北生态环境资源研究院寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院西北生态环境资源研究院那曲高寒气候环境观测研究站甘肃兰州730000

地气之间物质和能量随湍流运动进行输送,涡度相关技术是研究地气交换过程和评估大气资源的重要手段,它对湍流特征和精确的通量观测研究具有重要的作用。本研究利用拉萨蔡公堂通量站的闭路涡度相关系统,观测了2020年8-11月青藏高原东部... 详细信息

地气之间物质和能量随湍流运动进行输送,涡度相关技术是研究地气交换过程和评估大气资源的重要手段,它对湍流特征和精确的通量观测研究具有重要的作用。本研究利用拉萨蔡公堂通量站的闭路涡度相关系统,观测了2020年8-11月青藏高原东部拉萨河下游地区典型高寒草甸下垫面的通量特征,并分析了该区域生长季和非生长季不同大气稳定条件下湍流谱特征和相似性规律。结果表明:(1)生长季时期(8-9月),净生态系统CO_(2)交换(NEE)日均值为-2.3 gC·m^(-2)·d^(-1),蒸散(ET)日均值为1.8 mm·d^(-1),非生长季时期(10-11月),NEE日均值为1.1 gC·m^(-2)·d^(-1),ET日均值为0.3 mm·d^(-1);(2)三维(u,v和w)方向的湍流风速和温度的归一化谱具有明显的惯性副区,谱密度曲线斜率符合-2/3规律,垂直方向(w)湍流风速分别和温度、CO_(2)和H_(2)O等气体浓度的归一化协谱曲线斜率较高于-4/3;(3)生长季和非生长季时期大气稳定度的日变化相似,主要随动量通量的增加而降低,但各方向风速的归一化标准差(σ/u_(*))拟合结果不同,生长季时期,σ_(u)/u_(*)、σ_(v)/u_(*)和σ_(w)/u_(*)分别为2.84、2.73和1.07,非生长季时期三者增加,分别为3.23、3.19和1.22,其非生长季时期水平方向风速归一化标准差增加较明显。利用闭路涡度相关系统可以较好地观测本研究区通量特征,并且分别考虑生长季和非生长季时期湍流风速的相似性规律参数化方案有助于更精确地观测大气资源。

关键词：青藏高原碳水通量湍流谱归一化标准差相似性规律大气稳定度

黄土高原复杂地形受中尺度运动影响的稳定边界层湍流特征

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大气科学 2013年第1期27卷 113-123页

作者：梁捷宁张镭鲍婧赵世强黄建平张武兰州大学大气科学学院半干旱气候变化教育部重点实验室兰州730000

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(Semi-AridClimateandEnvironmentObservatoryofLanzhouUniversity,简称SACOL)2008年12月观测资料,研究了稳定边界层湍流特征。使用涡动相关资料研究湍流通量时,定义湍流的平均时间τ内的中尺度运动... 详细信息

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(Semi-AridClimateandEnvironmentObservatoryofLanzhouUniversity,简称SACOL)2008年12月观测资料,研究了稳定边界层湍流特征。使用涡动相关资料研究湍流通量时,定义湍流的平均时间τ内的中尺度运动是造成湍流统计量变化范围大的主要原因,稳定情形τ取几十秒至几分钟。对梯度理查森数大于0.3的强稳定情形的湍流尺度分解(MRD)谱分析表明,感热通量在112.4～449.9s存在谱隙,尺度大于谱隙的中尺度运动造成了通量观测资料离散性大,甚至有支配性影响。动量通量的谱隙在112.4～224.9s之间。弱风时,中尺度运动的影响更大,垂直风速标准差以0.1的比率随中尺度风速变化;垂直风速标准差同广义风速表现出很好的相关性,并随着广义风速消失而消失。三维风速标准差与摩擦速度呈很好的线性关系,垂直、水平、横风风速的无量纲标准差分别为1.35、2.54、2.21。对湍流动能的研究发现,在梯度理查森数大于0.3的条件下,仍然存在连续的湍流。以湍动能为依据,分析了湍流的平稳时间长度,其长度随稳定度变化而变化,2008年12月7～11日从133.5s变化到856.2s,湍流平稳时间长度反映了中尺度运动的发生频率。

关键词：稳定边界层涡动相关中尺度运动湍流谱

黄土高原复杂地形条件下湍流观测的各态历经性检验

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中国科学：地球科学 2021年第2期51卷 299-313页

作者：陈晋北陈霄文荆肖军贾伟余晔赵素平中国科学院寒旱区气候变化与陆面过程重点实验室中国科学院西北生态环境资源研究院兰州730000 Penn State College of Engineering Pennsylvania State UniversityCenter 16802USA 太原市气象局太原030082

为了揭示黄土高原复杂地形条件下湍流涡旋的分布特征,提高湍流观测的精度,湍流的各态历经性研究随即成为实验研究的首要问题.文章利用甘肃省平凉市白庙塬地形条件下单点湍流观测的结果,对比分析并揭示了从稳定层结到不稳定层结,除小于10... 详细信息

为了揭示黄土高原复杂地形条件下湍流涡旋的分布特征,提高湍流观测的精度,湍流的各态历经性研究随即成为实验研究的首要问题.文章利用甘肃省平凉市白庙塬地形条件下单点湍流观测的结果,对比分析并揭示了从稳定层结到不稳定层结,除小于10min尺度的湍流易于满足各态历经性外,地形易造成周期性存在的大尺度湍流相干结构.与平坦下垫面湍流相比,塬区10~40min的大尺度湍流定常性更好,也易于满足各态历经性.在极不稳定层结条件下,风速较小,并具有明显的大尺度周期性波动,同时伴随平稳的增温趋势,因此造成大尺度风速湍流和温度湍流都较易于满足各态历经性;但在极稳定层结条件下,湍流间歇性则造成大尺度风速和温度波动的非周期性较强,湍流不易于满足各态历经性.

关键词：湍流各态历经性湍流分布特征大气层结稳定度湍流谱带通滤波

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长江三角洲常熟地区近地层湍流特征的研究

南京气象学院学报 2001年第4期24卷 536-544页

作者：余锦华刘晶淼任健南京气象学院环境科学系南京210044 中国气象科学研究院北京100081 苏州市气象局苏州215021

利用 1 999年 5～ 9月长江三角洲常熟地区的湍流脉动观测资料 ,分析了该地区感热、潜热和动量通量的日变化以及湍流强度和湍流谱特征 ,结果表明 :该地区各能量的日变化与常见情况相同 ,白天潜热通量的输送占主导地位 ,感热通量比潜热小... 详细信息

利用 1 999年 5～ 9月长江三角洲常熟地区的湍流脉动观测资料 ,分析了该地区感热、潜热和动量通量的日变化以及湍流强度和湍流谱特征 ,结果表明 :该地区各能量的日变化与常见情况相同 ,白天潜热通量的输送占主导地位 ,感热通量比潜热小得多 ,且湍流的日变化与天气的关系非常密切 ,晴天比阴天要大得多。湍流强度和湍流谱的分析结果表明 ,在近中性条件下 ,常熟地区各方向湍流强度接近典型平坦下垫面的值。非中性条件下 ,垂直方向规一化标准差与稳定度的关系都较好地满足 1 /3次幂定律 ,水平方向没有垂直方向上的规律好 ,特别是稳定条件下 ,数据点分散性大 ;各风速分量谱在高频段满足理论上的 - 2 /3次幂定律 ,纵向和垂直方向速度谱的峰值频率与典型平坦下垫面上的结果一致。总体输送系数 CD、CH与稳定度的关系密切 ,随稳定度增加有减小的趋势。

关键词：常熟地区近地层湍流强度湍流通量湍流谱大气流动长江三角洲潜热

青藏高原中部地区不稳定大气边界层高度的确定与分析

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北京大学学报（自然科学版） 2006年第3期42卷 328-333页

作者：宋星灼张宏升刘新建范邵华刘辉志胡非李诗明周明煜卞林根徐祥德北京大学物理学院大气科学系中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室北京100029 国家海洋环境预报中心中国气象科学研究院

利用1998年第2次青藏高原大气科学实验(TibetPlateauExperiment,TIPEX)当雄大气边界层加强观测站的湍流观测资料,计算了青藏高原中部地区不稳定大气边界层的高度;结合低空探空获取的温度随高度的探测资料,对比分析了高原边界层演变规律... 详细信息

利用1998年第2次青藏高原大气科学实验(TibetPlateauExperiment,TIPEX)当雄大气边界层加强观测站的湍流观测资料,计算了青藏高原中部地区不稳定大气边界层的高度;结合低空探空获取的温度随高度的探测资料,对比分析了高原边界层演变规律,以及实验站干季、雨季不同时期的高原边界层发展规律异同;讨论了高原边界层厚度受高原地形的影响。得到高原边界层演变规律及高原边界层发展迅速,持续时间长等特点。

关键词：青藏高原大气边界层高度峰值频率湍流谱

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北京城区二氧化碳时空分布及湍流特征

北京城区二氧化碳时空分布及湍流特征

作者：段月成都信息工程大学

学位级别：硕士

本文利用2014年12月到2015年11月,北京325m观测塔上7层CO涡动相关测量系统的观测数据,在对数据质量控制和空缺值填补的基础上,分析了北京城区CO浓度和通量日变化、季节、年变化等时空分布特征,及CO浓度和通量与气象要素之间的关系。通... 详细信息

本文利用2014年12月到2015年11月,北京325m观测塔上7层CO涡动相关测量系统的观测数据,在对数据质量控制和空缺值填补的基础上,分析了北京城区CO浓度和通量日变化、季节、年变化等时空分布特征,及CO浓度和通量与气象要素之间的关系。通过研究这些不间断且有代表意义的观测数据,能够更全面了解城市地气间CO交换的模态变化及人为因素对CO的影响程度。另外,CO作为被动标量,其湍流谱和方差相似性的研究,对研究城市边界层内湍流输送机制,了解、预测和缓解城市气候效应有重大意义。主要研究内容及结论如下:(1)用EddyPro数据处理与通量计算软件进行数据质量修正和质量控制,后期又对30 min湍流结果进行了空缺填补,得到2014年12月到2015年11月共365d的观测资料。(2)城市CO浓度和通量都有明显的日变化、月变化和季节变化特征,并伴随人类活动呈现周末效应和供暖效应等。北京城区是CO源,CO通量的日变化不如CO浓度日变化规律明显。随着高度变化,CO浓度和通量有着各自的变化规律,可以将其廓线拟合成一般公式。总体上看,CO浓度随高度的增加而减少;CO通量在47m以下为负,47m以上为正。通量在140m以下随高度的增加而增加;140m以上随高度的增加而减少。根据对二氧化碳时空分布的分析可知:边界层二氧化碳受到碳源、气象要素(温压湿风)、植被状况、大气稳定度等综合因素的影响。(3)除了人类活动影响外,CO浓度和通量与温度、湿度、风、大气压强等气象要素也存在一定的相关性。总体上,CO浓度和通量与气象要素的关系:同环境温度、水汽浓度呈负相关,同大气压强呈正相关。随风速的增大CO浓度和通量逐渐变小。CO浓度与风向的关系不明显,CO通量与冬季风向有一定的关系。(4)归一化速度谱和CO谱在惯性子区有-2/3的斜率,在低频区与稳定度参数(Z/L)有一定的关系。复杂地形的城市下垫面的湍流谱结构与平坦地形相比没有太大的实质性差异。(5)对于不稳定边界层,风速和温度的归一化标准差与稳定度之间基本满足局地相似关系;但是水汽浓度和CO在有些高度不符合1/3定律。稳定条件下,三维风速基本符合1/3定律。水汽浓度和CO与稳定度无关,为常数。湍流方差特征受观测地点、观测时间、下垫面粗糙度等影响。

关键词：二氧化碳湍流谱通量气象塔城市边界层局地相似性

同方学位论文库评论

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湍流Prandtl数

中国科学（A辑） 1994年第8期24卷 850-855页

作者：钱俭中国科学院研究生院物理部北京100039

依据***的理论,研究湍流Prandtl数随分子Prandtl数和流动条件参数变化的规律,并解释有关实验结果。

关键词：湍流湍流谱动力学普兰特数

浸没式人工刚性植被群分布对弯道水流特性的影响

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水动力学研究与进展（A辑） 2021年第1期36卷 85-94页

作者：杨彧林颖典浙江大学海洋学院浙江杭州310058

自然弯曲河流中,浸没式植被的存在及分布会改变其水动力特性,进而影响弯曲河道泥沙输移及底床变化。该研究采用180°U形折叠往返式水槽模拟天然弯道河流,木棒模拟刚性植被,运用声学多普勒流速仪(AcousticDoppler Velocimeter, ADV)进行... 详细信息

自然弯曲河流中,浸没式植被的存在及分布会改变其水动力特性,进而影响弯曲河道泥沙输移及底床变化。该研究采用180°U形折叠往返式水槽模拟天然弯道河流,木棒模拟刚性植被,运用声学多普勒流速仪(AcousticDoppler Velocimeter, ADV)进行测量,分析不同人工浸没式植被的分布对弯道纵向流速分布、湍流动能(Turbulence Kinetic Energy,TKE),环流强度以及湍流谱分布等的影响。实验结果表明,在植被顶部出现流速的最大值。浸没式植被和弯道都会加剧水流紊动效应,湍流动能最大值出现在植被顶部稍往下区域,且进入弯道以后最大值的位置明显下移。不同的植被群分布使得湍流动能的分布情况不同,凸岸植被减小了无植被区(凹岸)的湍流动能,而凹岸植被增大了无植被区(凸岸)的湍流动能。浸没式植被的存在使得植被区和无植被区的弯道环流方向相反。此外,通过湍流谱分析,植被和弯道都会增强湍流强度,且小湍涡增多;植被与无植被的交界区(横向和垂向)都会增加水体之间的掺混,使得湍流在交界区域明显变强。

关键词：刚性浸没式植被纵向流速分布湍流动能弯道环流湍流谱