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相似文献
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1.
大气边界层湍流相干结构的识别   总被引:5,自引:0,他引:5  
首先利用数字滤波方法对淮河流域试验的大气边界层湍流观测资料进行三项分解,将大气边界层湍流的风速信号分解为近似各项同性的小尺度涡和各向异性的大尺度涡。然后再将大尺度涡信号进行离散正交小波分解,寻求相干结构的主要特征尺度。对于大气边界层湍流垂直脉动风速来说,其相干结构的主要特征尺度为16s;对径向与纬向脉动来说,其相干结构的主要特征尺度为32-64s。在此基础上,利用小波的反变换提取出相干结构的信号与非相干结构的信号,并计算两间的相关系数,最大仅有0.02。此外,对原始大气湍流观测信号不进行数字滤波,直接利用本中子波分析法提取湍流相干结构所得结果作比较研究;并探讨了采用对称或似对称离散正交小波对此研究的影响。  相似文献   

2.
李敏  蒋维楣 《气象科技》2013,41(1):153-159
介绍一种新的建立在经验模态分解(EMD)方法基础上的非线性、非平稳数据分析技术一Hilbert分析技术,并首次将其应用于大气边界层(PBL)湍流数据的分析,初步探讨了其在PBL湍流研究中的有效性.通过对城市与森林冠层上湍流资料的能量分布特征和统计平稳度进行分析、比较,结果表明:Hilbert谱分析能有效地对PBL湍流信号进行分析.它的边缘谱分析能够有效地探测PBL湍流信号的能量分布特征,统计平稳度分析也能有效地给出PBL湍流信号平稳性的定量化测量,这些将有助于建立合适的数据质量控制方法,以及对现有空气质量与扩散模式中扩散参数的计算加以改进.文中个例分析中,城市和森林冠层上空的湍流有一定相似性,湍流混合都比较充分,但森林冠层上湍流信号的能量更多地集中在大尺度湍涡,且扰动风速的高频部分具有更强的间歇性.对于相近高度的湍流信号来说,多数情况下,森林冠层上相同尺度的湍涡表现得比城市冠层上更不稳定,但湍涡的含能量要更低.  相似文献   

3.
大气边界层剪切湍流统计特性的风洞实验及其层次相似律   总被引:1,自引:1,他引:0  
程雪玲  胡非 《大气科学》2005,29(4):573-580
对风洞模拟的大气边界层的剪切湍流场的速度脉动时间序列信号以及某一高度位置上的小波变换分解重构的信号进行了系统的统计分析.结果表明, 在非均匀下垫面大气边界层的不同垂直高度上的信号, She-Leveque湍流层次相似律都成立, 层次相似指数β和最高激发态的奇异标度指数γ随垂直高度的变化而变化, 并给出不同尺度的分解重构信号的一些层次结构特点.  相似文献   

4.
林振山  王雪梅 《气象科学》1993,13(3):243-251
本文首先根据间隙湍流结构的自相似性和KdV—Burgers方程的鞍—焦异宿轨道行波解,求得了间隙湍流的分数维D与波数比b以及D与自相似结构尺度R的关系;其次,模拟了在不同R下的D—b关系以及不同b下的D—R关系;最后,还求得了湍流能谱和分数维以及能谱指数与D的关系。模拟结果表明,(d|β|/dD)>0,这和A.J.Chorin的结论是一致的。  相似文献   

5.
多尺度大气湍流的扩散及扩散率   总被引:5,自引:3,他引:5  
徐大海 《气象学报》1989,47(3):302-311
本文首先将大气湍流多尺度化,而将不同尺度的脉动量的Monte Carlo关系转换为Lange-vin方程,在平稳及均匀条件下可得一高阶常系数Lagrange自相关函数的常微分方程。其通解恰为一组衰减实指数函数的线性组合,系数为各尺度湍能对总湍能的比。以此可通过Taylor积分对野外实测扩散参数作出尺度分解。并可方便地将扩散参数表达为湍流参数的函数使其物理意义明确。  相似文献   

6.
卫星云图模式识别小波分形特征量分析   总被引:2,自引:0,他引:2  
本文采用小波分析中的小波包函数对卫星云图进行分解和小波包系数重构,并结合分形分数维计算,提取卫星云图的分数维,分析不同类型的云系分数维的主要特征,来实现卫星云图的模式识别。  相似文献   

7.
大气湍流的间歇性——Lyapunov特征指数和分数维的应用   总被引:3,自引:0,他引:3  
大气湍流是间歇性的,具有浑沌的特征.正的特征指数和分数维可以定量表征湍流的间歇性. Lyapunov特征指数随参数的变化可以定量表征非线性系统状态的演变.分数维D的大小可以表征间歇性,D愈小,湍流的间歇性愈强. 由于间歇性,均匀湍流的结构函数定律、能谱定律等均要订正.对相对扩散,间歇性的影响很大.  相似文献   

8.
大气边界层湍流涡旋结构的小波分解   总被引:19,自引:2,他引:17  
利用离散正交小波在若干物理判别准则下对边界层湍流脉动信号进行去噪和多尺度分解,从而有效地区分出均匀各向同性小涡成份和大尺度含能涡旋成份。能谱分析发现,小涡的谱动力学行为具有非常好的标度不变性,标度关系满足Kolmogorov的“-5/3”律。    相似文献   

9.
湍流是由各种不同尺度的涡旋构成的。从整体上讲,存在Kolmogorov导得的惯性区结构函数的2/3次方定律和能谱的-5/3次方定律。这种幂律相关的湍流是由每种尺度上指数相关的局部相似的Brown运动所构成,从而从理论上解释了不同尺度之间的相互作用以及湍流系数K随尺度变化的规律,初步论证了大气不同层结下湍流系数的差别。结果对研究大气、海洋不同尺度间的相互作用有重要意义。  相似文献   

10.
乔崛  彭新东 《气象》2024,50(4):449-460
为提高大气数值模式的模拟能力,改进大气边界层水汽、热量湍流输送计算和大雾天气的模拟效果,选用WRF三维非静力模式,采用具有局地和非局地垂直湍流尺度自适应计算能力的MYNN_SA参数化方案,对2017年12月28—29日我国华北—江淮地区的大范围浓雾过程进行了数值模拟研究,探讨从中尺度到灰区尺度分辨率范围,模式的尺度自适应大气边界层湍流参数化方案对稳定大气边界层发展、湍流输送和大雾天气模拟的影响。利用中国地面气象站观测资料和ERA5再分析数据,在接近灰区尺度的网格分辨率上,利用尺度自适应大气边界层湍流MYNN_SA参数化方案较之中尺度参数化MYNN方案,可明显改善次网格湍流输送计算,以及陆地浓雾的强度、空间分布和时间演变特征,可更精确地模拟云水混合比、逆温层和雾区的垂直结构。  相似文献   

11.
大气气溶胶尺度分布分形特征研究   总被引:2,自引:0,他引:2       下载免费PDF全文
气溶胶作为大气环境中的重要组成部分,具有复杂的尺度分布结构。为研究其尺度分布特征,采用分形理论首先论述了常用的气溶胶谱分布函数具有分形不变性,然后在分形理论的指导下分别建立了气溶胶粒子和体积分形统计模型,而且以AERONET相关数据验证了分形模型的有效性和实用性,并采用分段分形的方法改进了气溶胶体积分形模型。最后分析研究了分维数的实用意义和分布情况,讨论了气溶胶分维数变化和粒度分布的关系。结果表明:气溶胶粒子数和体积分维数之间存在线性关系,上半年的大气溶胶粒子数分维数的变化幅度明显小于下半年的变化幅度;研究区域大气气溶胶中细粒子分布比较密集,大粒子分布比较分散。分形理论为研究大气气溶胶的尺度分布特征提供了新的方法与手段,具有广阔的研究与应用前景。  相似文献   

12.
The multifractality of energy and thermal dissipation of fully developed intermittent turbulence is investigated in the urban canopy layer under unstable conditions by the singularity spectrum for the fractal dimensions of sets of singularities characterizing multifractals. In order to obtain high-order moment properties of smallscale turbulent dissipation in the inertial range, an ultrasonic anemometer with a high sampling frequency of 100 Hz was used. The authors found that the turbulent signal could be singular everywhere. Moreover, the singular exponents of energy and thermal dissipation rates are most frequently encountered at around 0.2, which is significantly smaller than the singular exponents for a wind tunnel at a moderate Reynolds number. The evidence indicates a higher intermittency of turbulence in the urban canopy layer at a high Reynolds number, which is demonstrated by the data with high temporal resolution. Furthermore, the temperature field is more intermittent than the velocity field. In addition, a large amount of samples could be used for verification of the results.  相似文献   

13.
气候噪声和气候系统的分维   总被引:8,自引:0,他引:8       下载免费PDF全文
根据相空间嵌入定理,按照Grassberger和Procaccia提出的计算分数维的方法,利用近百年来南、北半球地面气温资料,估算了气候吸引子的分数维,计算结果表明:气候吸引子的分数维南半球为3.3~3.7,北半球为3.2~3.7。它提供了气候吸引子的自相似结构的基本信息,表明模似气候系统最少需要4个独立变量。另外,还讨论了气候噪声对估算维数的影响。  相似文献   

14.
Summary The rescaled range analysis was applied to the annual precipitation series from 10 weather stations in Spain for the period 1901–1989. The analysis reveals that the series of precipitations fits a fractal distribution, with a mean fractal dimension of 1.32 ± 0.01. This lies in the same order of magnitude as the fractal dimensions obtained from other macrometeorological and paleoclimatic registers. The favourable comparison between fractal dimensions of the variables on both small time scales and long-term time spans suggests that such values are characteristic of climatic change over the spectral range of 10 to 106 years. The results contribute to the establishment of this assumption as a valid hypothesis for the interpolation of climatic change from one scale to the next, and also in applications such as hydrological design.With 2 Figures  相似文献   

15.
The possible chaotic nature of the turbulence of the atmospheric boundary layer in and above a decidious forest is investigated. In particular, this work considers high resolution temperature and three-dimensional wind speed measurements, gathered at six alternative elevations at Camp Borden, Ontario, Canada (Shawet al., 1988). The goal is to determine whether these time series may be described (individually) by sets of deterministic nonlinear differential equations, such that: (i) the data's intrinsic (and seemingly random) irregularities are captured by suitable low-dimensional fractal sets (strange attractors), and (ii) the equation's lack of knowledge of initial conditions translates into unpredictable behavior (chaos). Analysis indicates that indeed all series exhibit chaotic behavior, with strange attractors whose (correlation) dimensions range from 4 to 7. These results support the existence of a low-dimensional chaotic attractor in the lower atmosphere.  相似文献   

16.
In this paper, we study the relation between the energy spectrum exponent of turbulence and fractal dimension, and give two empirical formulas.  相似文献   

17.
The characteristics of turbulent moisture on Huaihe river basin in China   总被引:6,自引:0,他引:6  
Summary ?A lot of work on near surface turbulence characteristics has been done in the experimental study of atmospheric turbulence, but little work on fluctuating scalar field has been done, especially on some quantities such as moisture and pollution. In this paper, with the methods of statistical theory, Fourier transform, fractal geometry and wavelet transform, the turbulent moisture data obtained from Huaihe River Basin Experiment (HUBEX) are studied to explore the statistical, spectral, fractal and intermittent characteristics of turbulent moisture. The results show that: (1) In the high humid area such as Huaihe river basin, the moisture plays an important role in the surface energy balance, energy transportation and cycle. (2) The energy spectra and cospectra are in agreement with the “−2/3” and “−4/3” scaling power law correspondingly in inertial sub-range. (3) The fractal dimension of turbulent moisture in Huaihe river basin is clearly higher than that in other areas (such as Beijing). (4) The fluctuating moisture field has strong intermittency, and is not in accordance with the Kolmogorov theory. With the orthonormal wavelet transform, the dissipative events of the fluctuating moisture field contributing to inertial sub-range intermittency buildup have been identified. After the dissipative events have been suppressed by introducing a conditioning wavelet sampling scheme, the intermittency that affects the statistical structure of inertial sub-range is restrained. However the repressive effects of intermittency on turbulent moisture field are worse than those on turbulent velocity field. The reason may be either the intermittency of turbulent moisture is strong or some coherence structures exist in the turbulent moisture field. Received April 27, 2001; Revised January 23, 2002  相似文献   

18.
城市下垫面非均匀性度量研究对于改进中尺度数值模式、提高城市气象预报准确率具有重要意义.基于分形布朗运动理论和Landsat-TM卫星遥感图像,估算了2011年北京典型下垫面类型个例和整个空间区域的分数维,由此来度量北京城市下垫面的非均匀性特征.研究结果显示:分数维能有效度量北京城市下垫面的非均匀程度,典型下垫面类型的分数维高低顺序为商业区 >大型居民区 >城市绿地 >农田>林地 >水体;北京六环内区域及郊区城镇地表非均匀特征明显,分数维一般在2.50以上,北京城市中心(二环内)存在一个分数维相对低值区,二环—四环之间区域分数维普遍较高,在2.70以上,五环以外分数维则不断降低,反映出北京城市下垫面非均匀性从中心向外呈低—高—低的空间分布;下垫面类型中建筑用地、绿地、未利用地、农田、林地和水体的平均分数维分别为2.71、2.62、2.55、2.38、2.30和2.28,分数维值的高低反映了城市下垫面类型的非均匀程度大小,对定量描述城市边界层参数的复杂特征具有参考意义.  相似文献   

19.
In this paper, the attractors of turbulent flows in phase space are reconstructed by the time delay technique using observed data of atmospheric boundary-layer turbulence, which include high resolution temperature, humidity andthree-dimensional wind speed measurements in Gansu province and Beijing, China. The correlation dimensions and largest Lyapunov exponents have been computed. The results indicate that all the largest Lyapunov exponents in different conditions of time, site and atmospheric stability are greater than zero. This means that the atmospheric boundary-layer turbulence system is really chaotic and has appropriate low-dimensional strange attractors whose dimension numbers range from 3 to 7 and vary with different variables (dynamical variables or non-dynamical variables) and atmospheric stability. Turbulent kinetic energy is first applied to reconstruct the attractor of turbulence, and is found to be feasible.  相似文献   

20.
罗哲贤 《气象学报》1999,57(3):330-337
非线性作用可以使初始时刻等值线光滑的圆形和椭圆形涡旋演化为边缘不光滑、面积大小不等的多个涡旋和涡块共存的复杂流型。这些涡旋和涡块的边缘线具有分形特征,其数值与Lovejoy根据卫星云图和雷达探测资料求得的热带云块边缘线的分形结果较为接近  相似文献   

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