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Hu Yinqiao 《大气科学进展》2002,19(3):448-458
从一般的热力学原理或其它自然原理对唯象关系所强加的限制，能够演绎出大气系统的一系列热力学性质。利用非平衡态线性热力学导出了湍流K闭合理论中湍流交换系数同唯象系数的关系，从理论上证明大气系统热量湍流输送同水泡之间存在交叉耦合，还导出了湍流强度同速度和位温梯度的关系，从而证明速度和位温空间分布的非均匀性是湍流之源。并证明湍流强度定理，不可压缩气体和各向同性湍流大气中，湍流强度正比于速度与位温梯度的标积。进而证明大气涡旋定理，位温的切变将导致涡旋运动或各种环流运动，速度涡度等于速度同位温相对梯度的矢积。展现了线性热力学在大气系统的应用前景。 相似文献
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从湍流经典理论到大气湍流非平衡态热力学理论 总被引：2，自引：0，他引：2
湍流是日常生活中一种普遍的自然现象,也是经典物理学仍未完全解决的难题。湍流更是大气运动的最基本特征。本文系统地回顾了大气湍流经典理论发展简史,进一步详细介绍了大气湍流非平衡态热力学理论。大气湍流非平衡态热力学理论在熵平衡方程中引入动力过程,进而统一推导出大气湍流输送的Fourier定律、Flick定律和Newton定律,证明了Dufour效应、Soret效应、可逆动力过程与热力不可逆湍流输送过程之间的交叉耦合效应,以及湍流强度定理。这些定律和定理中得到了观测的事实验证,同时它们的唯象系数也由观测资料所确定。湍流强度定理揭示,湍流发展的宏观原因是速度和温度的剪切效应,Reynolds湍流和Rayleigh-Bénard湍流共存于大气湍流中。热力过程和动力过程间耦合效应现象的发现突破了传统湍流输送理论,即Fourier定律、Flick定律和Newton定律的观点——一个宏观量的输送通量等价于这个宏观量的梯度湍流输送通量。热力和动力过程间的耦合原理认为,一个宏观量的输送通量包括这个量的梯度湍流输送通量和速度耦合输送通量两部分。因此,能量和物质的垂直输送通量除了相应物理量梯度造成的湍流输送外,还应包括垂直速度耦合效应,即辐散或辐合运动造成的耦合效应。在一个很宽的尺度范围内,地表面的空间特征是非均匀的。下垫面非均匀性造成的对流运动将引起大气的辐散或辐合运动。这可能是导致地表能量收支不平衡的重要原因之一。垂直速度对垂直湍流输送的交叉耦合效应为非均匀下垫面大气边界层理论的发展,并为克服地表能量收支不平衡问题及非均匀下垫面大气边界层参数化遇到的困难提供了可能的线索。 相似文献
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应用含湍流频散效应的近地面层的运动方程求解了不同层结下的风速廓线，着重分析了湍流频散效应对近地面层平稳运动的影响。分析指出：湍流的频散效应对经典的幂律廓线一对数修正，该修正在不稳定层结时比稳定层时明显；利用相似理论也得到了该常数。 相似文献
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城市冠层中湍流运动的统计特征 总被引：21，自引：3，他引：18
对１９９７ 年夏天和冬天北京湍流运动的各种统计特征量进行了初步的统计分析。结果表明,城市冠层中湍流运动的各种统计特征量与平坦下垫面条件下边界层湍流运动的相比, 有不同的地方也有相似的地方; 无论白天还是夜晚, 垂直方向的湍流强度和湍流脉动风速标准差均小于水平方向的, 水平方向的相应湍流特征量则总是接近相等; 城市冠层中湍流脉动强度和标准差几乎均大于平坦下垫面边界层的; 平均风速ｕ≥１ ｍ ／ｓ 时的湍流统计特征量与ｕ＜ １ ｍ ／ｓ 时的有所不同; 城市冠层的阻力系数较大, 可达００６２５,Ｐａｎｏｆｓｋｙ 等提出的公式σｗ ／ｕ＊ ＝ １３ （１－ ３ｚ／Ｌ）１／３在城市冠层中并不适用。 相似文献
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从一般的热力学原理或其它自然原理对唯象关系所强加的限制,能够演绎出大气系统的一系列热力学性质。利用非平衡态线性热力学导出了湍流K闭合理论中湍流交换系数同唯象系数的关系,从理论上证明大气系统热量湍流输送同水汽之间存在交叉耦合,还导出了湍流强度同速度和位温梯度的关系,从而证明速度和位温空间分布的非均匀性是湍流之源。并证明湍流强度定理,不可压缩气体和各向同性湍流大气中,湍流强度正比于速度与位温梯度的标积。进而证明大气涡旋定理,位温的切变将导致涡旋运动或各种环流运动,速度涡度等于速度同位温相对梯度的矢积。展现了线性热力学在大气系统的应用前景。 相似文献
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湍流的粘性和频散效应 总被引：7，自引：0，他引：7
本文应用Prandtl混合长理论导得了既包含湍流粘性又包含湍流频散的新的Reynolds平均运动方程组.分析指出:(1)湍流不仅存在粘性效应,而且存在频散效应;(2)正是湍流的频散效应可能导致能量逆转(即常说的负粘性现象,实质为一定条件下的负频散现象),并给出了能量逆转的必要条件和充分条件;(3)给出了湍流的KdV-Burgers方程模型. 相似文献
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不同天气条件下城郊近地层湍流谱的研究 总被引：1，自引：0，他引：1
利用１９９０年夏季天津市郊观测塔三分量风资料，研究了正常天气和天气过程中近地面湍流谱的一些特征。结果表明，正常天气时，城郊的湍流谱和平坦地形的基本一致，而有天气过程时，湍流谱反映出一些特殊性。文章还讨论了出现这些特殊性的可能原因。 相似文献
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切变湍流的相干结构是湍流研究中的重大发现,它表明湍流在表面上看来不规则运动中具有可检测的有序运动,这种相干结构在切变湍流的脉动生成和发展中起着主宰作用.因此识别和提取相干结构对于认识和研究湍流是非常重要的.用数字滤波法将包含相干结构的大尺度信号提取出来以后,再用子波分析,根据子波能量极大值的判别方法,分别确定出大气湍流三个方向上的速度脉动信号相干结构的频率或时间尺度,然后由确定尺度上的连续子波反演公式,提取出大气湍流三个方向上的速度脉动信号相干结构所对应的波形. 相似文献
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垂直湍流输送对大洋的重力位能和混合过程的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
利用WOA09（World Ocean Atlas 2009）全球大洋温盐客观分析数据,计算了不同湍流垂直混合系数下全球大洋重力位能的变化,并分析了混合系数、浮力频率和重力位能变化之间的关系。在此基础上,进一步探讨了湍流混合造成的能量转换对湍流参数化的影响。结果表明,大洋中的垂直湍流运动不仅仅是动能能汇,而且是一个重要的外部能量转化为重力位能的途径。垂直湍流增加的重力位能在混合系数取0.1 cm2 s-1 时为0.08 TW,参考前人研究结果,外部能量输入甚至可引起等效于全球平均12 cm2 s-1 的垂直混合系数。一般而言,层结越稳定、混合系数越大,垂直湍流对重力位能的影响也越大。考虑湍流动能可转化为重力位能后,参数化方案可以得到和实际观测更接近的湍流动能耗散率和混合系数。 相似文献
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研究了数值天气预报模式中次阿格湍流垂直扩散过程的参数化问题。以Ｂｏｕｇｅａｕｌｔ和Ｌａｃａｒｒｅｒｅ（１９８９）的参数化方案为基础，改进了处理湍流混合长的方法，使湍流混合长和热力混合长分别依赖于基本气流的静力稳定度和风场切变。新方案的基本思路是把ＶｏｎＫａｒｍａｎ（１９３０）提出的动力（风场切变）湍流扰动假设与ＢＬ－８９方案提出的热力（静力稳定度）湍流扰动假设结合在一起，强调了大气的热力结构、动力结构和湍流动能对湍流混合过程的共同影响。新方案和ＢＬ－８９方案的二维对比数值试验结果表明，在大气处于静力较稳定而风场切变明显条件下的湍流扰动表现能力方面，新方案比原方案有明显的改进。 相似文献
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采用NCEP/NCAR再分析感热、潜热资料,利用EOF方法,分析了夏季太平洋湍流热通量年代际变化的时空特征及其与中国夏季降水的关系。分析结果显示,1951—2003年夏季太平洋湍流热通量距平的年代际分量的EOF前3个模态的方差贡献率分别为32.27%、12.52%、11.10%,且这3个模态分别与中国华北、华南和东北地区夏季降水的年代际关系密切;太平洋湍流热通量年代际异常EOF第1模态的时间系数与东亚夏季风指数年代际变化有显著的负相关。20世纪70年代中期以前,太平洋湍流热通量异常偏多,东亚夏季风偏强,对应华北降水偏多;20世纪70年代中期以后,太平洋湍流热通量异常偏少,东亚夏季风偏弱,对应华北夏季降水减少,干旱化趋势明显。 相似文献
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In a turbulent fluid, the time a particle needs to travel from a point source to the observation point, can be considered as a random variable. It is shown that the probability density function (pdf) for this random variable is determined by the Lagrangian particle position pdf. The characteristics of the transport time pdf are discussed for the simple case of a turbulent fluid moving with a constant mean velocity. 相似文献
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Data from a convective internal boundary layer (IBL) are analyzed by focusing on the instantaneousstructure of the top of the IBL instead of the time-average structure.A conditional averaging technique is developed todiscriminate between air from above the IBL and air from below the IBL , which alternately invade some instrument levels due tosubstantial variation of the top of the convective IBL.Sensitivity to the conditional sampling criteria is examined.Inside the IBL , buoyant and mechanicalproduction and dissipation dominate the turbulent kinetic energy budget.The horizontal advection and turbulent transport terms are smaller, but not negligible. The inferred pressure correlation term is negligible.Above the IBL , buoyant production and dissipation, although weak,dominate the turbulent kinetic energy budget. Shear generation andturbulent transport are smaller but significant. 相似文献
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青藏高原五道梁地区湍流输送特征的研究 总被引：25，自引：11，他引：25
根据１９９４年６－７月在青藏高原五道梁地区的湍流脉动观测资料，分析了该地区近地层能量平衡、感热和谱热的日变化及湍流强度和端流谱特征。结果表明：晴天该地区近地层能量基本平衡，各能量分量的日变化与常情况相同；白天感热通量的输送占主导地位，潜热通量占次要地位，符合半干旱的一般特征。 相似文献