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北京城区大气混合层内臭氧垂直结构特征的初步分析--基于臭氧探空

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地球物理学报 2018年第7期61卷 2667-2678页

作者：林莉文卞建春李丹白志宣宣越健万小伟中国科学院大气物理研究所中层大气和全球环境探测重点实验室北京100029 中国科学院大学地球科学学院北京100049 山东省科学院海洋仪器仪表研究所山东省海洋环境监测技术重点实验室山东青岛266001

本文利用2013年6月至2015年10月北京南苑观象台两年多午后臭氧探空资料,初步分析了北京城区大气混合层内臭氧浓度的垂直分布规律以及典型天气条件下大气边界层臭氧的变化特征.主要结果有:(1)季节平均而言,地表至对流层中部(8km)的臭氧... 详细信息

本文利用2013年6月至2015年10月北京南苑观象台两年多午后臭氧探空资料,初步分析了北京城区大气混合层内臭氧浓度的垂直分布规律以及典型天气条件下大气边界层臭氧的变化特征.主要结果有:(1)季节平均而言,地表至对流层中部(8km)的臭氧浓度在夏季最高,冬季最低,相差50~130μg·m^(-3),最大差异在边界层.总体而言,对流层臭氧浓度随高度有比较缓慢的增加,但是边界层内臭氧浓度的垂直结构随季节有比较大的差异:夏季混合层中部存在一个臭氧浓度极大值,这与夏季比较强的光化学生成臭氧有关;而在冬季地面臭氧浓度很低,平均值小于40μg·m^(-3),说明冬季地面是臭氧很强的汇.(2)臭氧浓度季节内变率的季节差异也十分明显,夏季最大、冬季最小.季节内变率在从边界层向自由对流层过渡区域最小(夏季为24μg·m^(-3),冬季仅为10μg·m^(-3)),在边界层内变率较大,夏季可达64μg·m^(-3)(冬季为30μg·m^(-3)),这也说明边界层化学过程明显影响臭氧浓度的变化.(3)我们从所有白天样本中严格筛选了部分混合层样本,并把臭氧浓度在由混合层向自由大气过渡时的垂直分布分成了三类,即臭氧浓度随高度增大(Ⅰ型)、减小(Ⅱ型)以及基本稳定不变(Ⅲ型);臭氧垂直结构类型有明显的季节特征,夏季主要是Ⅱ型,而冬季则以Ⅰ型为主.(4)此外,我们还针对一些典型天气过程(强风、静稳雾天和PM2.5污染)边界层内臭氧的变化特征进行了分析,结果表明:强风切变产生的机械对流引起的充分混合,有利于高层臭氧向低层输送,使得混合层内臭氧浓度的垂直梯度明显减小,同时混合层高度较高,达3km以上;在高湿度静稳天气控制下,大气混合层较稳定,对北京上空污染物的垂直扩散十分不利:颗粒物浓度升高,削弱到达近地层的太阳辐射,从而降低臭氧的生成效率,混合层内臭氧浓度与混合层厚度都处于较低水平.

关键词：北京城区边界层臭氧探空混合层

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低马赫数射流混合层中的相干声源

声学学报 1999年第5期24卷 498-504页

作者：颜大椿聂进孙智利北京大学力学与工程科学系北京100871

通过二维射流混合层中相干时间尺度的测量，对声激励不稳定波增长过程及破碎点后的相干特性进行研究。实验结果表明，相干时间尺度在基波和第一亚谐波增长区较大，在破碎点后突然下降并在下游呈逐渐减小趋势。增加声激励强度可使不稳定... 详细信息

通过二维射流混合层中相干时间尺度的测量，对声激励不稳定波增长过程及破碎点后的相干特性进行研究。实验结果表明，相干时间尺度在基波和第一亚谐波增长区较大，在破碎点后突然下降并在下游呈逐渐减小趋势。增加声激励强度可使不稳定波增长区的相干时间尺度增大，并对下游的流动结构有明显影响。

关键词：相干结构声源射流混合层相干声源

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受限混合层的线性稳定性

航空动力学报 2018年第9期33卷 2248-2256页

作者：高军李佳刘凤君岳才谦时晓天中国航天科技集团有限公司中国航天空气动力技术研究院空气动力实验与工程应用研究所北京100074 唐山学院基础教学部河北唐山063000 北京动力机械研究所高超声速冲压发动机技术重点实验室北京100074

针对超声速边界层/混合层组合流动,利用可压缩线性稳定性理论研究了流动的线性失稳特性。基本流场选取了具有不同速度特征的两股来流,采用双曲正切的混合层剖面叠加可压缩边界层自相似性解剖面构造。重点考察了混合层中心与壁面距离、... 详细信息

针对超声速边界层/混合层组合流动,利用可压缩线性稳定性理论研究了流动的线性失稳特性。基本流场选取了具有不同速度特征的两股来流,采用双曲正切的混合层剖面叠加可压缩边界层自相似性解剖面构造。重点考察了混合层中心与壁面距离、对流马赫数等参数对组合流动稳定性特征的影响,其中壁面采用绝热壁面。混合层中心与壁面的距离为5~15倍的边界层厚度,混合层的对流马赫数为0.6~1.2。结果表明:该组合流动中存在独特的多重不稳定模态,并相互影响;且其不稳定模态随着壁面距离及对流马赫数的变化呈现出不同的主导行为。

关键词：线性稳定性混合层边界层对流马赫数快模态慢模态

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超声速混合层液滴两相流动的大涡模拟

推进技术 2009年第1期30卷 24-29页

作者：吴海燕王昱孙明波汪洪波周进国防科技大学航天与材料工程学院湖南长沙410073

为研究超声速气流中液滴与气流的混合及液滴蒸发对混合的影响,采用大涡模拟(LES)方法数值仿真了超声速混合层内液滴两相流流场结构,气相流场采用亚格子(SGS)模型和切应力输运(k-ωSST)湍流模型,液相模拟采用轨道模型和单液滴蒸发模型。... 详细信息

为研究超声速气流中液滴与气流的混合及液滴蒸发对混合的影响,采用大涡模拟(LES)方法数值仿真了超声速混合层内液滴两相流流场结构,气相流场采用亚格子(SGS)模型和切应力输运(k-ωSST)湍流模型,液相模拟采用轨道模型和单液滴蒸发模型。在混合层前缘入口处均匀持续地投放液滴,并在液滴入口处下方添加非周期小扰动,并观察液滴蒸发过程对该小扰动造成的影响。分析了入口小扰动在流场中不同的发展情况,发现液滴的蒸发过程使混合层厚度增加并加速混合层的发展,对气相流场扰动较强,可能导致流动失稳,对混合过程有很大的促进作用。

关键词：大涡模拟两相流混合层液滴

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白天混合层顶部夹卷层厚度的特征研究

地球物理学报 2005年第1期48卷 19-24页

作者：袁仁民中国科学技术大学地球和空间科学学院

本文首先对Deardorff的一阶模型给予解释 ,在此基础上根据对流边界层湍流动能方程 ,分析机械湍流和对流湍流对边界层发展的贡献 ,提出一个新的速度尺度———混合层顶速度尺度 ,定义了全理查森数 ,给出夹卷层厚度的参数化方案 ,并用Boer... 详细信息

本文首先对Deardorff的一阶模型给予解释 ,在此基础上根据对流边界层湍流动能方程 ,分析机械湍流和对流湍流对边界层发展的贡献 ,提出一个新的速度尺度———混合层顶速度尺度 ,定义了全理查森数 ,给出夹卷层厚度的参数化方案 ,并用Boers和Elotanta的雷达观测数据进行验证 .参数化方案与实验数据符合得很好 .当夹卷层厚度表示为夹卷速度或夹卷理查森数的函数时 ,该函数曲线随边界层发展表现为磁滞回线形状现象 ,文中对此进行了解释 .

关键词：对流湍流剪切湍流混合层夹卷层参数化

双燃烧室冲压发动机超声速混合层混合增强数值研究

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航空动力学报 2010年第4期25卷 821-828页

作者：晏至辉陈逖于江飞刘卫东国防科学技术大学航天与材料工程学院长沙410073

研究了具有双燃烧室冲压发动机超声速燃烧室工程背景的特定超声速混合层的混合增强措施——低速流入口加入沿流向振荡.研究结果表明:它对二维混合层的混合增强效果明显,加振荡后流场燃烧强度加大,但仍属于较弱燃烧强度;振荡频率决定着... 详细信息

研究了具有双燃烧室冲压发动机超声速燃烧室工程背景的特定超声速混合层的混合增强措施——低速流入口加入沿流向振荡.研究结果表明:它对二维混合层的混合增强效果明显,加振荡后流场燃烧强度加大,但仍属于较弱燃烧强度;振荡频率决定着涡量聚集区域的位置和大小,振幅决定着涡量分配和聚集的均匀程度.

关键词：双燃烧室混合增强混合层超声速燃烧数值模拟

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可压缩空间发展混合层亚谐扰动作用分析

力学学报 2014年第1期46卷 37-43页

作者：杨武兵沈清王强中国航天空气动力技术研究院北京100074

基于线性稳定性理论,建立了可压缩空间发展混合层亚谐扰动作用的唯象分析图,用以分析并判定亚谐扰动相差对基频涡卷非线性演化类型的影响,据此导出了基频涡卷各类非线性演化的定量的相差唯象模型.研究发现,当亚谐扰动波长较小时,对于单... 详细信息

基于线性稳定性理论,建立了可压缩空间发展混合层亚谐扰动作用的唯象分析图,用以分析并判定亚谐扰动相差对基频涡卷非线性演化类型的影响,据此导出了基频涡卷各类非线性演化的定量的相差唯象模型.研究发现,当亚谐扰动波长较小时,对于单一亚谐扰动,基频涡卷的演化类型共4类,分别是撕裂、中心对称群并、第1类非对称群并和第2类非对称群并现象.撕裂与中心对称群并为特殊现象,对应特定的相差点;非对称群并为常见现象,对应除这些相差点之外的相差区间.当亚谐扰动波长较大时,由于扰动幅值随空间指数增长,只存在非对称群并现象.

关键词：混合层亚谐作用群并现象数值模拟

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混合层深度对藻类生长的影响研究

环境科学 2013年第8期34卷 3049-3056页

作者：陈洋杨正健黄钰铃张平刘德富三峡大学水利与环境学院宜昌443002 武汉大学水利水电学院武汉430000 湖北工业大学资源与环境学院武汉430072

三峡水库蓄水后,支流库湾频繁暴发水华.为研究水华暴发关键因子,以临界层理论为指导,于2012年初冬季,在香溪河野外观测站建立围隔实验系统,研究水体混合对藻类生长的影响机制.围隔水下深度按梯度布设,表底掺混均匀,并注入由浮游动物网... 详细信息

三峡水库蓄水后,支流库湾频繁暴发水华.为研究水华暴发关键因子,以临界层理论为指导,于2012年初冬季,在香溪河野外观测站建立围隔实验系统,研究水体混合对藻类生长的影响机制.围隔水下深度按梯度布设,表底掺混均匀,并注入由浮游动物网过滤的低Chl-a浓度的香溪河河水.结果表明,Zeu/Zmix(真光层深度与混合层深度之比)>1的围隔藻类生长迅速并暴发水华,Chl-a浓度最高达到90 mg·m-3,反之生长缓慢.临界层理论适用于本实验,Zeu/Zmix也存在一个临界值,低于临界值浮游植物生长会受光限制而不易暴发水华;在临界层理论的基础上,分析得藻类净初级生产力与Zmix存在负相关关系,即Zmix越小藻类净初级生产力越大.

关键词：混合层水华真光层混合层藻类光照

超声速混合层在强迫振动下流场结构的实验研究

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推进技术 2016年第4期37卷 601-607页

作者：张冬冬谭建国吕良国防科学技术大学高超声速冲压发动机技术重点实验室湖南长沙410073

通过可控振动系统激励双喷管后的薄平板,采用基于纳米粒子的平面激光散射技术(NPLS)观测超声速混合层流场结构。控制薄平板的频率和振幅,结合边缘检测技术研究了超声速混合层大尺度结构的发展和演化规律。实验结果表明:强迫振动对超声... 详细信息

通过可控振动系统激励双喷管后的薄平板,采用基于纳米粒子的平面激光散射技术(NPLS)观测超声速混合层流场结构。控制薄平板的频率和振幅,结合边缘检测技术研究了超声速混合层大尺度结构的发展和演化规律。实验结果表明:强迫振动对超声速混合层流场结构以及混合效率有重要的影响。与无振动相比,强迫振动增强了混合层的三维特性,混合层的失稳位置提前;同时,强迫振动促进了上下两层流动的掺混,高频振动下混合层增长速度提高约50%,有效增强了混合。

关键词：超声速混合层强迫振动 NPLS 流场结构