共查询到20条相似文献，搜索用时 15 毫秒
1.
在采用各向异性湍流动能闭合方案和3阶Runge Kutta时间积分方案的大涡模式中,引入由森林冠层粗糙元造成的动量拖曳项、热量输入项和TKE耗散项,以模拟森林冠层和森林边界层的气象场. 通过中性和不稳定层结条件下不同叶面积指数算例的模拟分析及与已有观测结果的比较表明,本文所建大涡模式对森林冠层和森林边界层有较好的模拟效果. 进一步研究表明：不稳定层结条件下较稠密的森林冠层中特有的Kinking & Pairing湍涡结构与森林边界层中湍流的大涡运动相互作用,形成了森林冠层附近的温度斜坡型结构. 相似文献
2.
为研究夹卷层的湍流特性,用对流槽模拟大气对流边界层并做湍流温度测量.能谱分析表明,混合层湍流谱幂律接近“-5/3”次律;而夹卷层湍流谱幂律有明显的分段特征.利用离散正交小波对其湍流脉动信号进行去噪和尺度分解,将原始信号分成均匀各向同性小尺度涡旋成分和大尺度涡旋成分,并对分解后的信号做能谱分析.结果表明,不论是在混合层还是在夹卷层,小涡都能很好地满足Kolmogorov的“-5/3”次律;而大尺度涡旋则在混合层和夹卷层中表现出不同的特征. 相似文献
3.
从次小尺度海洋运动方程和运动近各向同性假定出发,本文给出高确定性的海洋湍流二阶矩闭合方程和特征量变化方程.这组方程描述波动、涡旋和环流等较大尺度运动对海洋湍流的剪切不稳定性生成机制.同时,基于海浪破碎是湍流海面生成主要机制的认识,本文按破碎海浪统计理论给出湍流特征量变化方程的海面边界条件,包括由破碎能量损耗和卷入深度分别确定的海面动能通量和动能耗散率.根据上层海洋湍流特征量方程的平衡解和关于动能耗散率的观测资料,本文得到海浪生湍流混合系数的解析估计.所得到的海浪生湍流动能耗散率与观测资料进行了定性与定量对比,混合系数与先前Prandtl混合长度理论估计的一致性检验. 相似文献
4.
森林冠层探测激光雷达的波形特征分析 总被引：1，自引：0，他引：1
机载激光雷达通过发射激光脉冲和接收返回波形的方式来探测森林冠层的三维结构,返回波形中包含了森林冠层不同高度处枝叶的后向散射特征.本研究在分析激光脉冲与森林冠层之间的相互作用关系时发现返回波形存在时长展宽现象,为此建立了立体散射体模型,并得到时长展宽量与散射体深度之间的对应关系.根据返回波形的不同特征将散射体划分为简单散射体、立体散射体和复杂散射体三种类型,提出单峰导数法和多峰导数法两种波形分析方法,用于提取相关的波形特征量,并判别散射体的类型.本研究得到了一些初步结果,通过模拟立体散射体的返回波形发现,随着散射体深度的增加,返回波形逐渐被展宽;随着子散射体之间距离的增加,返回波形开始出现两个波峰并成为两个完全独立的子波形.通过对模拟波形和实测波形的波形特征量进行比较发现,模拟波形与实测波形的时长略有差别.总之,激光雷达波形数据很好地描述了森林冠层的后向散射特征,在提高森林参数估测精度方面具有应用潜力. 相似文献
5.
城市冠层中温度脉动的硬湍流特性和相似性级串模型 总被引：9，自引：0，他引：9
通过观测实验发现, 热对流条件下城市冠层湍流温度脉动具有“硬湍流”特征, 两点温度差具有指数型概率密度分布; 观测实验同时也得到湍流能量耗散率ε符合对数-正态分布, 这与Kolmogorov 1962年提出的假设和已经报道的大量实验结果相一致. 我们根据相似性级串模型导出的“硬湍流”温度场n阶结构函数的标度指数理论公式ςn = n/3-μ(n(n+6)/72+[2ln!-nln2]/2ln6) (μ为间歇性指数)与实验测得的结果可以较好地符合到8阶, 优于Kolmogorov理论、β模型和联合对数-正态模型给出的理论结果. 相似文献
6.
湍流湿度脉动特性研究——根据淮河流域实验资料 总被引：6，自引：1，他引：6
利用淮河流域实验得到的湍流湿度脉动资料 ,应用统计理论、Fourier分析和小波分析方法 ,对湍流湿度脉动的统计特征、谱特征和间歇性特征作了初步分析 .结果表明 :(1)在淮河流域这样的高湿地区 ,水汽对其地表能量平衡 ,能量输送与循环具有重要作用 ;(2)湍流湿度脉动的能谱和互谱在惯性副区基本符合“ - 2 /3”次律和“ - 4/3”次律 ;(3)淮河流域湍流湿度脉动场存在很强的间歇性 ,不符合Kolmogorov湍流理论 .利用离散正交小波变换将湍流湿度脉动场中的耗散事件分离出来 ,通过引入限制因子 ,将湍流脉动场中的耗散事件滤去后 ,能较好地抑制湍流湿度的间歇性 .但与风速脉动相比 ,湍流湿度场间歇性的抑制效果较差 . 相似文献
7.
本文首先讨论了中层和热层大气湍流谱区的划分,发现对于同样尺度的湍流,在不同高度对应的谱区是不同的。随着高度的增加,愈向耗散区一端移动。其次,从理论上讨论和计算了不同高度的湍谱分布。最后,导出了湍流扩散系数的公式。湍流扩散对于高层大气成份的垂直分布有很大的影响。观测结果表明,并不是所有尺度的湍流对高层大气成份的垂直分布都发生影响,而是具有某一尺度的小尺度湍流起主要作用。我们引出了一个有效湍流尺度的概念,并从理论上计算了湍流扩散系数随高度的分布。结果与观测的氩和氦随高度的分布反推出来的湍流扩散系数相符合,同时也与ALADDN 1试验测量的结果相符合。 相似文献
8.
对流边界层顶部特性的对流槽实验模拟研究 总被引：5，自引：1，他引：5
利用对流槽研究对流边界层的顶部特性.实验结果表明,产生于混合层的上冲热泡可在对流边界层顶上的覆盖逆温层中激发出重力波;夹卷层的湍流结构表现出各向异性,水平尺度大于垂直尺度,与混合层中的湍流结构明显不同;利用可视图像直观显示了夹卷过程,夹卷层的温度谱表现出独特的结构特征,湍流能谱有明显的分区现象,谱幂率与现有理论分析结果有较大偏离.在实验结果的基础上,提出了关于夹卷速率的新参数化方案,夹卷速率可由地面热通量、混合层高度和覆盖逆温强度确定,方案中的系数C由实验测量数据拟合得出:C=0.95,与Deardroff等的对流槽实验数据的拟合结果(C=1.11)非常接近. 相似文献
9.
《中国科学:地球科学》2015,(7)
对垂直剪切应力(雷诺应力)、湍动能剪切生成率与湍动能耗散率以及垂直涡黏性系数等湍流参数的现场观测与数值模拟,是理解强潮海湾中垂直混合过程及其动力与生物地球化学效应的基础.利用坐底ADCP流速观测资料、湍流剖面观测资料以及二阶湍流封闭模型,本文对一典型强潮海湾(厦门湾)中的湍流混合过程进行了观测与数值模拟研究.观测结果表明:在M2分潮占优的厦门湾中,湍动能剪切生成率与湍动能耗散率等湍流参数呈现明显的M4分潮周期,并具有显著的涨-落潮不对称性,涨潮时强,落潮时弱.在涨潮期间,整个水体在垂向上近似混合均匀,湍动能剪切生成率和垂直涡黏性系数的垂向平均值分别达到5×10-6 m2 s-3和2×10-2 m2 s-1;在落潮期间,强湍流则主要局限于厚度为5~8 m的底边界层内,且湍流强度随离底距离的增大而逐渐减小.基于重力位能异常控制方程的分析表明,潮流拉伸是造成湍流强度涨-落潮不对称性的主要原因,潮混合的贡献较小.基于二阶湍流封闭模型的模拟结果与实测结果的对比分析表明,在弱层化强潮海湾中,二阶湍流封闭模型能够较好地模拟湍动能耗散率与垂直涡黏性系等湍流参数的垂向结构与潮内变化;模拟结果与实测值之间的差异主要源于一些理想化的模型假设和数学近似. 相似文献
10.
基于地震海洋学数据,通过叠合波形结构与混合参数空间分布,可以较好地分析内孤立波浅化过程与能量耗散、混合增强的关系.在东沙海域的一条地震剖面上,我们观测到了上陆坡深水区(500～1000 m)、浅水区(300～400 m)两个内孤立波波包,有着明显不同的波形特征.浅水区的内孤立波包的3个内孤立波波形复杂,在波核内部呈现杂乱反射特征,可能是含圈闭涡核的内孤立波,估算的耗散率、扩散率分别达O(10-5)W·kg-1、O(10-2.5)m2·s-1.该内孤立波包前方,则存在一个第二模态内孤立波.深水区内孤立波包虽然波形相对简单,但诱导的湍流混合强度也较强,形成了内孤立波发育区、陆坡上方厚度达200 m的高耗散率、扩散率区带.在东沙海域上陆坡的深水区、浅水区,内孤立波持续耗散能量,增强了湍流混合. 相似文献
11.
12.
本文利用高分辨率中尺度WRF模式,通过改变边界层参数化方案进行多组试验,评估该模式对美国北部森林地区边界层结构的模拟能力,同时比较了五种不同边界层参数化方案模拟得出的边界层热力和动力结构.结果表明：除个别方案外,配合不同边界层方案的WRF模式都能成功模拟出白天对流边界层强湍流混合特征和夜间稳定边界层内强逆温、逆湿和低空急流等热力和动力结构.非局地YSU、ACM2方案在白天表现出强的湍流混合和卷夹,相比于局地MYJ、UW方案,模拟的对流边界层温度更高、湿度更低、混合层高度更高、感热通量更大,更接近实际观测,这表明在不稳定层结下考虑非局地大涡输送更为合理,但局地方案在风速和风向的预报上存在一定优势.TEMF方案得到的白天局地湍流混合强度为所有方案中最弱,混合层难以发展,无法体现对流边界层内气象要素垂直分布均匀的特点.对于夜间稳定边界层的模拟,不同参数化方案之间的差异较小,但是YSU方案在一定程度上高估了机械湍流,导致局地湍流混合偏强,从而影响了其对稳定边界层的模拟能力. 相似文献
13.
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. 相似文献
14.
湍流不仅是导致物质、动量等在水-气交界面的交换、水柱内部输送的关键过程,也是促进浅水湖泊中底泥再悬浮及水生生态系统演变的驱动力;其中湍流动能耗散率（ε）不仅是描述湍流动能变化的关键物理量,也是刻画水体中湍流产生机制的关键过程.基于2017年10月29日-11月2日位于太湖梅梁湾采集的高频三维流速廓线和水温廓线观测资料,结合东山气象站同期的风场和辐射等气象资料,探讨太湖中ε的分布特征及其变化的可能机制.结果表明,0.7 m深度以下水平方向上ε介于10-8~10-7 m2/s3之间,比垂直方向大一个数量级左右.尽管大型浅水湖泊几何深度浅,但其ε的深度廓线依然存在典型的3层：ε随深度递减的风浪直接作用层,深度从水面至1.0 m左右;ε基本不随深度变化的常数层,分布区间为水深1.0~1.9 m;随后是ε随深度递减的底边界混合层.热力分层的强弱（垂向温差）、位置对常数层和底部边界中ε的贡献显著,甚至造成ε的常数层起始深度下移.本研究有利于进一步理解大型浅水湖泊的动力学过程及其对水生生态系统演变的驱动效应. 相似文献
15.
借助相似性定理推导出波浪破碎形成的气泡总数与气体体积卷入率、湍流能谱密度以及表面张力之间的关系, 得出泡径谱的指数为-2.5+nd, 其中nd取决于湍流能谱在黏性耗散区的分布. 利用引入的两个破碎统计量, 进一步导出了破碎过程中的气体体积卷入率Q的表达式, 建立了泡径谱与波浪要素的联系. 在此基础上, 利用观测结果提出两点假设, 并据此将泡径谱N(a)推广为随泡径和深度的分布函数N(a, z). 相似文献
16.
通过对青藏高原第二次大气科学试验(TIPEX)得到的当雄湍流资料的分析,讨论了青藏高原地区的近地层湍流特征.结果显示:速度分量、温度和湿度谱大多满足相似理论的-2/3次方律;高原上无因次垂直速度方差在中性时与前人在平原地区得到的结果比较接近,但高原上无因次水平风速方差值大于平原地区值.在强不稳定层结时,高原观测结果显示无因次垂直速度方差和无因次水平风速方差符合-1/3次方规律.在稳定层结时,风速三个分量的方差都随稳定度z/L的增大有所增大.无因次温度和湿度方差在强不稳定条件下服从-1/3次方规率.稳定条件下无因次温度方差随z/L略有下降趋势,而后趋于常数,无因次湿度方差无明显的规律.在干季以感热通量为主要地面热源,湿季两者贡献相当,潜热通量略大于感热通量.得出了不稳定层结、稳定层结情况下高原的无因次温度结构参数和湿度结构参数与z/L之间的关系,得到了中性层结时整体输送系数的实测结果. 相似文献
17.
本文利用2006年夏季大气边界层观测资料,采用涡动相关法分析了我国西北地区戈壁下垫面碳收支及水热循环的规律和特征,并分析了大气湍流特征.结果表明:夏季白天的CO2湍流通量呈逆输送特征,即CO2白天向下输送,夜间向上输送,平均数值为-0.199 mg·m-2·s-1,整体上表现为碳汇;戈壁地区湿度小,其数值受水平来流的影响较大,日变化特征不明显;温度的归一化标准差与稳定度参数的关系满足Monin-Obukhov Similarity (MOS)理论;温度和CO2的能谱相似;互谱uc与uθ,wc与wθ相似;水汽和CO2的输送主要受水平方向湍流的影响. 相似文献
18.
湍流强度定理和湍流发展的宏观机制 总被引：3，自引：0，他引：3
湍流是普遍存在而至今仍未被充分理解的自然现象. 简单回顾了湍流理论的发展历史和现状, 指出以不同层次利用和不同方法探讨湍流特征和机制的必要性. 为此利用非平衡态热力学理论将Reynolds湍流和Bénard湍流统一地表述在动量湍流输送定理和湍流强度定理中. 证明了流体湍流发展的宏观原因是速度剪切效应和温度剪切效应共同作用的结果, 速度剪切效应和温度剪切效应也是湍流场相空间轨线不断拉伸和折叠的宏观原因. 并以大气实验资料证明, 湍流强度唯象系数不仅是速度剪切的函数, 还是温度剪切, 即大气热力层结稳定度的函数. 从而以实验事实证明了湍流强度定理的真实性. 相似文献
19.
20.
藏南羊卓雍错湖面大气湍流特征观测分析 总被引：2，自引：1，他引：1
湍流运动是大气边界层的本质特征,是地表与大气之间能量和物质交换的主要方式.本文利用2016和2017年4-10月藏南羊卓雍错湖泊涡动观测资料,分析了湖面大气湍流方差和湍流特征量的统计和变化特征.结果表明：（1）不稳定层结下,三维风速分量和超声虚温、水汽密度、CO2密度的无量纲标准差随稳定度变化符合Monin-Obukhov相似理论的"1/3"或"-1/3"次幂律,垂直风速的拟合效果最好;稳定层结下,除CO2密度无量纲标准差与稳定度无明显关系外,其他量基本上满足相似性规律;中性条件下,以上物理量的无量纲标准差分别趋近常数：3.57、3.93、0.77、20.91、6.35和11.96.（2）水平方向平均湍流强度（0.60和0.58）大于垂直方向（0.13）,三维方向湍流强度与平均风速的变化呈显著负相关,相关系数分别为-0.39、-0.42和-0.34.（3）湖面湍流动能随风速呈线性增长,增长率达0.45 m/s;近中性层结时湍流动能最大,层结越稳定或不稳定湍流动能均减小.（4）湖泊下午到傍晚动量输送较强,13：00-22：30时间段平均动量通量达0.091 kg/（m·s2）;热量输送以潜热为主,潜热通量日平均值（77.3 W/m2）是感热通量（14.6 W/m2）的5.3倍,感热和潜热通量日变化峰值分别出现在5：30（22.4 W/m2）和16：00（106.6 W/m2）. 相似文献