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为评估Monin-Obukhov相似理论和涡度相关系统在高标准农田的适用性,利用南通高标准农田水稻下垫面涡度相关观测数据,分析了大气稳定度、湍流方差相似性、湍流谱特征、湍流强度和湍流动能等。结果表明：该高标准稻田上方大气呈现白天不稳定、夜晚稳定的昼夜变化特征;Monin-Obukhov相似理论在该高标准农田适用,三维风速归一化标准差随大气稳定度的变化符合“1/3”次方规律,温度、比湿、CO2密度归一化标准差随大气稳定度的变化在大气不稳定时符合“1/3”次方规律;在惯性子区,三维风速的湍流能谱符合“-2/3”次方斜率,垂直风速与温度、湿度和CO2密度的协谱符合“-4/3”次方斜率,可见涡度相关系统能够观测该高标准农田的水热和CO2通量;三个方向上的湍流强度均随风速增大而减小,且水平方向湍流强度大于垂直方向;湍流动能随风速呈二次函数增大,呈现昼高夜低的日变化特征,大气中性时达到最大,且以动力湍流贡献为主。研究结果可为揭示华东地区高标准农田生态系统与大气之间的物质和能量交换特征以及机制提供参考。 相似文献
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北京城郊近地层湍流实验观测 总被引：13，自引：2，他引：13
本文利用两台FA-11超声风速温度仪于1992年3月到４月间在北京325 m气象观测塔47 m和120 m两个高度观测到的风速三个正交分量以及声虚温的湍流脉动资料，计算和分析了北京城郊粗糙下垫面近地层湍流特征量及其日变化，无量纲垂直速度和声虚温的方差随稳定度的变化，风速分量和温度的归一化湍流能谱以及动量和热通量的互谱及其随稳定度的变化。并且与平坦均一下垫面近地层湍流观测的结果进行了对比。 相似文献
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北京城郊近地端流实验观测 总被引：2，自引：1，他引：2
本文两台ＦＡ－１１超声风速温度仪于１９９２年３月到４月间在北京３２５ｍ气象观测塔４７ｍ和１２０ｍ两个高度观测的风速三个正交分量以声虚温的湍流脉动资料，计算和分析了北京城郊粗糙下垫面近地层湍流特征量及其日变化，无量钢垂直速度和声虚温的方差随稳定度的变化，风速分量和温度的归一化湍流能谱以及动量和热通量的互谱及其随稳定度的变化。并且与平坦均一下势面近地层湍流观测的结果进行了对比。 相似文献
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《高原气象》2021,40(2):374-383
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。 相似文献
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在EBEX-2000实验资料中湍流谱和局地各向同性特征 总被引：10，自引：4，他引：6
采用2000年8月在美国加州棉花地两个高度上应用超声三分量仪、快速响应050206 温度和湿度仪进行的EBEX-2000 (International Energy Balance Experiment,2000,EBEX-2000)风速三分量、温度和湿度湍流实验观测数据,计算分析了湍流速度、温度和湿度谱在不同稳定度下的特征.对湍流的局地各向同性进行了讨论并与Kansas和长白山原始森林湍流实验得到的结果进行了比较,得到了一些湍流特征量在不同下垫面情况下的一些有意义的特征. 相似文献
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介绍了广州增城丘陵灌木林通量站的地理环境、仪器布设,并利用该站2014年12月—2015年2月的观测资料,分析冬季华南丘陵灌木林下垫面近地层的风、温度、气压、湿度和大气稳定度等基本气象要素特征,以及湍流强度、风速归一化标准差的统计特征及通量特征。结果表明:（1）冬季增城站以北向小风为主,风速多小于4 m/s,日平均温度变化剧烈,平均相对湿度为67.94%;（2）大气稳定度集中于“±” 0.5之间,以近中性为主;冬季平均湍流强度Iu、Iv和Iw分别为0.37、0.31和0.19;在风速小于1 m/s时湍流发展旺盛,随风速增大,湍流强度减小并趋于稳定;（3）风速分量归一化标准差δu/u*、δv/u*、δw/u*与稳定度Z/L之间满足莫宁-奥布霍夫相似理论,并呈1/3次方关系,且随|Z/L|的减小而减小,在中性层结（Z/L→0）均匀下垫面,其值为常数,分别为2.286、1.757和1.174;（4）冬季增城站的能量耗散以感热为主,晴天尤为显著;阴天感热与潜热大小相当;平均日间吸收CO2极值为0.236 mg/(m2·s)。 相似文献
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长江三角洲常熟地区近地层湍流特征的研究 总被引：3，自引：0，他引：3
利用1999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. 相似文献
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城市冠层上下大气湍流特征分析 总被引：2，自引：0，他引：2
利用兰州市榆中县城市冠层架设的3台涡动相关仪(EC)观测大气湍流资料,分析了城市冠层上下不同下垫面湍流通量和不同风向范围内湍流动能变化特征,之后对城市冠层上下3台EC观测湍流动能最小、最大分布方向上分别对应的最小最大湍流动能的风速谱进行了研究,进一步检验了局地相似理论在城市冠层上下的适用性。结果表明:(1)城市冠层之上水泥、砖石等构成下垫面和城市冠层之内草坪下垫面观测感热通量、摩擦速度较为接近,观测潜热通量、CO2通量在白天差异明显。(2)城市冠层之上的湍流动能总体上大于冠层之内,冠层之上气流来向的上风向较为开阔时湍流动能较大,而冠层之内气流来向的上风向为街道口时湍流动能较大。(3)城市冠层之上的湍涡尺度大于冠层之内,城市冠层小尺度湍涡风速谱在惯性副区基本符合-2/3次方关系,且准各向同性,大尺度湍涡风速谱在惯性副区不符合-2/3次方关系,且各向异性。(4)不稳定层结下,城市冠层上下无量纲速度方差与稳定度基本满足1/3次方局地相似关系,稳定层结下不满足;城市冠层上下无量纲温度、湿度、CO2浓度方差在所有层结下均不满足-1/3次方局地相似关系。(5)近中性层结下,城市冠层上下u、v、w方向无量纲速度方差分别为3.52,3.03,1.49和2.62,2.22,1.50。 相似文献
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本文利用100m~3系留气艇携带超声风温仪在复杂的盆地地形上空对1000m以下大气进行观测所获得的资料,研究小风稳定条件下大气边界层湍流结构特征。结果表明,在双对数坐标中,纵向速度u谱,垂直速度w谱,温度T谱在惯性区均遵循Kolmogorov的-2/3次律;横向速度V谱有其特殊的情形;协谱uw,wT及近地层的uT协谱在惯性区服从-4/3次律。和平坦、均一、开阔下垫面不同的是谱的峰值频率向高频移动,且没有发现近地层具有的谱峰随高度的明显变化关系。 相似文献
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利用国家气候中心2009-2011年在内蒙古锡林浩特市、河北黄骅市、江西湖口县和星子县开展的100 m铁塔大气湍流观测试验数据,分析不同下垫面、不同稳定度条件下地面到100 m的风切变指数变化情况,得到了一些有意义的结论:(1)内陆简单地形整体风切变指数α0.3的情况出现在稳定和非常稳定层结状态下,分层风切变指数α0.4的频率为2.95%;(2)沿海平坦地形大气层结越稳定,整体风切变指数α的高值出现频率越高,分层风切变指数α0.4的频率略高,为4.2%;(3)对于内陆湖复杂地形,星子地形更为复杂,大于0.3的整体风切变指数出现频率高,分层风切变指数α0.4的频率高达10%,而湖口大于0.3的整体风切变指数值出现频率略低,分层风切变指数α0.4的频率为3.37%。(4)按照风力发电机组设计要求中假设风切变指数α为0.2,一般会过高的估计轮毂高度的风速。 相似文献
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利用长白山森林生态系统定位研究站观测资料,及2003年8月和9月涡旋相关资料,分析和比较了该地区近地层包括风速、风向、大气稳定度在内的平均场特征,以及湍流强度、无量纲化风脉动方差相似性和地表通量变化特征。结果表明:(1)8月和9月稳定度都基本集中在0附近;(2)风速2 m·s-1的环境中,湍流发展最为旺盛,随着风速的增大湍流强度先迅速减小,当风速增大到3 m·s-1后,湍流强度偏离0值变大了一些,再继续增大到一定风速大小以后,湍流强度基本不随风速变化;(3)无量纲化三维风脉动方差符合Monin-Obukhov相似理论的"1/3"定律,其最佳通用相似函数在稳定和不稳定条件下都可以拟合得到;(4)地表通量均表现出明显的日变化特征,8月以潜热为主,感热较小;9月仍以潜热为主,但是相比8月明显偏小,感热变化不大。 相似文献
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A meteorological tower significantly modifies the air flow, the mean windspeed and wind direction as well as the turbulencestructure of the air. Suchchanges can be noticed in particular in the wake region of the tower.Measurementson the 200 m tower ofForschungszentrum Karlsruhewere carried outusing Solent sonic anemometers in the lee of the towerand cup anemometers on both sides.In the wake region, spectral energydensity is increased in the high-frequency range. Superposition of this disturbance spectrum on the undisturbedspectrum yields a `knee' in the resulting spectrum. In the case of low turbulence intensity with stable stratification,a plateau with a constant energy content is observed in front of the knee.This effect is caused by the new production of turbulence energy from the mean flow as well as by an energy transfer fromlarger to smaller vortices. Power spectra in strongly stable conditionsshow a more rapid decrease of intensity in the region where the inertialsubrange is expected.The relevant scales of wake turbulence are derived from the maximum of the disturbance spectrum.Locations of the high-frequency peak do not depend on atmospheric stability,but are controlled mainly by mean wind speed.Apart from the reduction of the mean wind speed, the spectra and cospectra exhibit a strong anisotropy for such cases.The results demonstrate the significant influence of a tower on turbulence spectra in the wake region. 相似文献
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利用超声风速仪、能见度仪等探测资料,采用Fortran、Matlab、Origin等软件处理数据并绘图分析,对比了南京郊区2013年12月4日一次霾过程、2013年12月7—9日一次雾过程和2013年12月3日一个晴天的湍流运动特征。结果表明,霾天和晴天平均水平风速、平均动能、湍流动能、湍流强度、摩擦速度、动量通量和热量通量都有明显的日变化,而这些参量在雾天没有明显的日变化,不同天气湍流参量大小有差异;霾、雾、晴天近中性层结下,u、v、w三个方向风速归一化标准差近似为常数,霾天分别为3.15、2.72、1.17,雾天分别为3.11、2.45、1.25,晴天分别为3.40、3.45、1.50;不稳定条件下霾、雾、晴天风速归一化标准差和湍流动能归一化标准差符合1/3幂次律,稳定条件下霾、雾、晴天无因次湍流动能均满足1/3幂次律;不稳定条件下霾、雾、晴天温度和湿度归一化标准差满足-1/3幂次律,稳定条件下霾、雾、晴天温度归一化标准差符合-2/3幂次律;雾天归一化u、v、w谱与Kansas谱吻合度比霾天和晴天高,霾天u、v、w谱峰值频率约为0.01 Hz,雾天u谱峰值频率约为0.004 Hz,v、w谱峰值频率约为0.1 Hz,晴天u、v、w谱峰值频率约为0.01 Hz。得出结论:雾天的边界层结构与霾天和晴天有所不同;不稳定条件下霾、雾、晴天风速、湍流动能、温度、湿度归一化标准差均符合莫宁-奥布霍夫相似理论;雾天归一化u、v、w谱比霾天和晴天更加符合莫宁-奥布霍夫局地各向同性理论,且霾天和晴天以机械湍流为主,雾天既有机械湍流也有热力湍流。 相似文献
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采用考虑沉水植物影响的E-ε湍流动能闭合湖泊热力学过程模型,模拟2013年8月东太湖湖-气交换过程,并利用太湖的站点观测数据对模型进行了验证。太湖水温的模拟值与观测值吻合较好,模型计算的各层水温与观测值相比,均方根误差均未超过1℃。同时模型也较好地模拟出太湖表面感热通量和潜热通量,潜热通量的模拟值与观测值的标准差为54.7 W/m2。由于湖水较浅,太湖的水温层结会明显受到天气状况的影响。晴朗小风条件下的湖水呈现显著的热分层现象,当风速为0.8 m/s,高层和底层的温差达到7.9℃。大风天气条件驱动较强的水体湍流混合,水温的热分层消失,风速为12 m/s,湖泊上层与底层的水温差仅0.12℃。此外,模拟结果较好地呈现出了东太湖沉水植物的存在通过增大湖体消光系数,减小到达湖体内部的热量,并增加对湖水的阻力,影响湖体中湍流动能的分布,并进而影响湖水温度的分布。综上所述,该模型能够较好地模拟出浅水大湖湖-气交换的过程。 相似文献
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In order to provide wind profiles for the microscale numerical simulation of wind farm with complex terrain,using the 100 m tower atmospheric turbulence observation experiment data in 2010 in Hebei Province offered by National Climate Center, the variation characteristics of wind profile under the different atmospheric stability conditions are analyzed, and the wind profile expression based on the local similarity theory is established. The results show that:(1) In spring, the occurrence probability of unstable stratification in the Hebei coastal area is as high as 28%, and the probability of stable stratification is more than 43% while, in summer, the probability of occurrence of unstable stratification is as high as 80% with a lower probability for stable stratification; and(2) for stable stratification, the characteristics of atmosphere change is dramatic in terms of the vertical direction, which need to be treated layer by layer.According to the atmospheric turbulence observation experiment data above, under stable stratification, the relationship between the dimensionless velocity gradient and the stability ζ can be expressed as 1 +βmζ, with βm changing with the height: βm takes 4.1-4.3 under 30 m, βm takes 4.6-4.7 between 30-50 m, and βm takes 6.3-6.7 over 50 m. 相似文献
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纳木错(湖)地区湍流数据质量控制和湍流通量变化特征 总被引：1，自引：0，他引：1
利用中国科学院纳木错多圈层综合观测研究站2009年全年的大气湍流观测资料,应用Foot-print模型分析了青藏高原非均匀下垫面湍流观测数据的数据质量、质量评价及不同下垫面对湍流通量的贡献。结果表明:纳木错(湖)地区因不同土地利用类型的差别,导致地表通量分布不均匀,草地对地表通量的贡献最大;对不同大气层结状态,观测站周围200m范围内的地表通量贡献各不相同,上风向通量贡献源区较大,湍流发展较充分。在不稳定状态和中性状态下,纳木错地区地表通量数据质量较高,即白天观测的通量数据质量较高;在稳定状态下数据质量较低,即夜间的通量数据质量较差;纳木错地区的湍流通量受湖陆风和大气稳定性影响较大。 相似文献
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S. J. Caughey 《Boundary-Layer Meteorology》1977,11(1):3-14
Simultaneous measurements of horizontal and vertical wind speeds and temperature fluctuations at heights up to 91 m in the stable atmospheric boundary layer are described. The power and cospectral shapes show a low-frequency peak (near the Brunt-Väisälä frequency) separated by a spectral gap from a peak at high frequency due to turbulence. Spectral shapes in the turbulence subrange at 8 m are in good agreement with the universal curves previously presented by Kaimal (1973). Further information is given on the variation of the scaling parameter, f
0, with stability; and the applicability of the normalising procedure to the spectra from the higher levels is discussed. 相似文献
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南京夏季城郊湍流统计特性及湍流通量对比分析 总被引：1，自引：0，他引：1
利用2010年南京夏季城市热岛三维结构试验中的湍流观测资料,对南京市委党校和南京信息工程大学观测场2个观测点的湍流统计量和湍流通量进行了对比分析。结果表明：城市平均风速大于郊区;城郊2地的湍流强度都呈现出Ix〉Iy〉Iz的趋势,水平方向上的湍强城郊相差不大,而垂直方向上,郊区的Iz要明显低于城市;城、郊的风速归一化标准差σu/u＊、σv/u＊、σw/u＊都符合MoninObukhov相似理论的＂1/3＂定律,城市的垂直风速归一化标准差大于郊区,而水平方向上的风速归一化标准差则明显小于其他下垫面;郊区风速归一化标准差与常熟农田的拟合结果较为相似,而城市风速归一化标准差与长白山森林的拟合结果更为接近;夏季城市以感热通量为主,而郊区湍流能量的输送以潜热通量为主,且城市的湍流热通量受太阳辐射的影响更大。 相似文献