晚秋与后冬间欧亚遥相关型波列反相现象探究

围绕1979/1980—2013/2014年晚秋(11月)与后冬(次年1、2月)间欧亚遥相关(EU)型波列关系展开研究,揭示了晚秋与后冬间欧亚遥相关指数存在显著负相关,即二者主要呈反位相变化。对比晚秋与后冬间欧亚遥相关型呈反位相和同位相变化时的环流演变规律发现,反位相变化年晚秋环流异常对后冬有显著的指示意义,而同位相变化年晚秋环流异常对后冬指示意义较弱。就可能的外部成因而言,反位相与同位相变化过程均与北大西洋湍流热通量(NATU)异常有较好的对应关系。具体物理过程表现为:当北大西洋湍流热通量正(负)异常时,有利于北大西洋50°N附近上升(下沉)运动及对流层中低层水汽含量显著增多(减少),相应北大西洋上空高度场乃至整个欧亚遥相关型波列表现为负(正)异常。     

湍流的粘性和频散效应

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.     

乌鲁木齐市城区和郊区湍流特征

利用乌鲁木齐市4座100 m气象塔2013年6月至2014年4月46 m三维超声风速观测资料,计算湍流统计特征值并进一步详细分析乌鲁木齐市近地层湍流特征,得出以下结果:乌鲁木齐南郊摩擦速度u*平均值为0.37 m·s~(-1)、城区平均0.28 m·s~(-1)、近北郊和北郊平均0.23 m·s~(-1),春夏季大、冬季小,南郊、城区、近北郊和北郊春季最大分别为0.75、0.64、0.51和0.50 m·s~(-1),冬季最大分别为0.56、0.26、0.22和0.23 m·s~(-1);南郊湍流动能TKE平均1.38 m~2·s~(-2)、城区平均0.7 m~2·s~(-2)、近北郊和北郊平均0.6 m~2·s~(-2),春夏季大、冬季小,南郊、城区、近北郊和北郊春季最大分别为3.39、2.22、1.88和1.79 m~2·s~(-2),冬季最大分别为2.82、0.44、0.45和0.33 m~2·s~(-2)。三个方向湍流强度呈现Iu≈IvIw的规律,南郊0.11~0.36、城区0.12~0.37、近北郊0.10~0.36、北郊0.13~0.39。各个季节南郊白天u*和TKE最大,表明南郊湍流垂直扩散能力最强。     

关于对流层中湍流热输送的方向问题

从全球能量收支项的概量计算中得知,由地面通过湍流方式向大气输送的热量,占大气顶入射的太阳辐射总量的6—7％。在湍流热交换理论中,多年来都引用下列关系(1) P=ρCpк_H(r-r_d) (1)其中P—湍流热通量,ρ—空气密度,Cp—空气定压比热,к_H—热量湍流系数,r_d—干绝热温度直减率,r—铅直温度梯度。由此式可以看出,在绝热大气中(r=r_d)垂直方向的湍流热输送为零:而在稳定层结大气中(r相似文献   

湖南岳阳一次大暴雨过程近地层湍流特征分析

利用杭瑞高速洞庭湖大桥测风塔上的三维超声风速仪观测资料以及岳阳气象站逐小时降水资料,分析了2016年7月3—5日湖南岳阳一次大暴雨过程的三个不同时段近地层湍流特征。结果表明:(1)强降水来临前180—230min和结束前10—50 min的近地层物理量场出现异常,且强降水来临前的物理量场异常出现时间较结束前早。风速、湍流强度、湍流动能在大暴雨过程中出现异常偏大,强降水来临前230 min,风速出现最大值4.875 m·s~(-1);强降水结束前50min,湍流强度出现最大值,水平纵向、水平横向、垂直向的湍流强度分别为1.255、1.173、0.195。(2)强降水来临前与结束前,湍流功率谱密度出现异常偏大。大暴雨过程中的湍流功率谱密度减小,湍流功率谱密度最大值的频率左移。(3)强降水来临前的湍涡尺度最大,强降水期间的湍涡尺度次之,强降水结束后的湍涡尺度在三者中最小,低频大涡为大暴雨过程中的湍流活动提供了能量。     

凝结潜热对大气湍流影响的理论研究

文献[1]指出,温度平流能使大气出现浑沌态(chaos),从而产生湍流现象。在湍流发生时,理查孙数Ri总是和Re相配置的。大气运动状态的参数平面(R_i,R_e)可分为基本态O区,周期态P区,浑沌态T区,以及周期浑沌区T-P区(图1)。分析表明大气湍流可能通过周期倍分岔产生的。     

稳定大气边界层的湍流结构和相似律

本文从包括辐射影响在内的大气边界层模式出发,求解了稳定层结条件下湍流热通量和湍流应力的垂直廓线。另外,引入湍流的局地尺度L(z)、u_＊(z)和θ_＊(z),各湍流量的局地尺度可以表示成z/L(z)的函数,由此可将相似理论推广到全边界层应用,相似律的预告和观测资料很一致。     

武汉青山长江公路大桥设计的风参数研究

利用黄陂气象站、武汉青山长江公路大桥桥位处新建的测风塔和湖北省农展中心自动气象站风资料,采用极值I型分布法对武汉青山长江公路大桥设计的风参数进行研究,结果表明:(1)桥位区10 m高度年最大、极大风速为分别为17.0 m·s~(-1)、20.9 m·s~(-1),年均大风日数为5.8 d,年最多风向为NNE;(2)气象站100 a重现期10 m高度10 min平均年最大风速(基本风速)为25.6 m·s~(-1),桥位处100 a重现期10 m高度10 min平均年最大风速(设计风速)为29.0 m·s~(-1);(3)风速较大时水平动量的垂直湍流通量较风速小时大、湍流参数较风速小时小、湍流谱密度值较风速小时增大1～2个量级;极大风速发生时1 h内的风攻角为0°～3°。     

在EBEX-2000实验资料中的湍流宏观量特征

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、快速响应温度和湿度仪进行的EBEX-2000 (International Energy Balance Experiment, 2000) 风速三分量、温度和湿度湍流实验观测数据, 计算分析了湍流宏观量(即 u*, T*, σu/u*, σv/u*, σw/u*和σT/T*等), 湍流动能和感热通量等的特征, 并与其他湍流实验得到的结果进行了比较.     

高风速相干结构对通量输送影响的实验研究

切变湍流的相干结构是湍流研究中的重大发现,它表明湍流运动并非完全随机,其中具有可检测的有序结构.本文通过处理南京浦口地区大气边界层观测数据,来分析不稳定层结中高风速相干结构特征.本次观测项目包括对场地中央的气象铁塔上2 m和40 m高度上超声风速仪的脉动速度、温度测量以及风廓线雷达对边界层风速廓线的测量.对超声水平风速时间序列数据进行小波变换 (时间尺度400 s),通过阈值来识别这种高风速相干结构.与多普勒风廓线雷达测量结果对比后发现,这种方法确定的相干结构符合常规的认识,具有较长的时间尺度和较大的垂直尺度 (接近边界层厚度).分析三天相干结构特性得到无量纲空间间隔约为6,即每隔6个边界层厚度的水平位置出现一个高速相干结构.通过与垂直风速小波系数的比较,发现高风速相干结构与向下垂直风速之间有较好相关,这与湍流中 “阵风” 现象的研究结论相似.使用四象限分析方法分类得到两种动量通量输送为负的运动:较小水平风速的上扬 (ejection) 运动 (简称为上扬运动) 和较大水平风速的下扫 (sweep) 运动 (简称为下扫运动),这两种运动在整个湍流活动中处于主导地位.高风速相干结构通过促进下扫运动和抑制上扬运动来影响动量通量的输送.     

对流层和平流层温度中ENSO信号的多种资料比较

本文利用1980～1999年卫星资料Microwave Sounding Unit (MSU)和5种再分析资料(ERA40、JRA25、NCEP1、NCEP2、MERRA),分析了北半球冬季全球对流层中层和平流层低层温度变化中的ENSO信号,讨论了ENSO暖冷位相时温度异常的对称性和非对称性,并以MSU卫星资料为标准,...     

光学风速仪

一、引言遥感的技术,正在急速的发展中。目前在光波波段已能利用大气湍流所引起的光波强度闪动(Irradiance Scintillation)来测量平均湍流强度或平均侧风速。这类遥感技术的特点在测量线平均量,因仪器不需与所测介质(空气)直接接触,可测得由于地形限制(如水面、山谷、火场附近或高空)传统仪器不易测得之风速或湍流强度。此类仪器另一特点为由于不需直接推动力(Drivingforce),对线或面平均低风速测量之精确度极佳,此对空气污染之研究具有实用价值。     

二维均匀剪切湍流的湍涡闭合方案

通过仔细分析Thorpe与Woods等对湍流的典型实验,得到如下结论:(1)提出了湍流的太极模型;(2)指出了湍流串级的内容包括2个内容,一是湍流外圈层(大涡)在内旋到内部时产生新的圈层(小涡),二是在阴阳旋臂相切的锋面由于依然存在较大切变而产生新的次尺度湍涡;(3)指出湍流的耗散机制是通过湍涡,把具有切变的2流场的交界面通过旋转而无限拉长以增大2者的接触面积,加强了交界面之间的分子交换,从而实现了湍流层层混合的高效率;(4)基于湍涡结构,提出了湍涡闭合方案,给出了Reynolds应力的表达式,闭合了雷诺方程;(5)混合长反映了湍涡的大小,Karman常数则反映了湍涡内外半径比的关系;(6)指出Reynolds方程算子是湍流方程推导的关键,提出了湍流算子的概念;(7)推导出了新型的湍流运动方程;(8)提出了关系不变性原理。     

北太平洋海气界面湍流热通量的年际变化

本文采用美国伍兹霍尔海洋研究所客观分析海气通量项目提供的1958～2006年月平均的湍流热通量及相关气象场数据, 利用EOF分析、小扰动方法、线性回归、相关分析等方法研究了北太平洋海气界面湍流热通量年际变化的时空特征、 影响因子及其与大气环流的关系。结果表明, 北太平洋湍流热通量的年际变化在冬季最为显著。我国东部海域及其向中东太平洋的延伸部分为冬季潜热通量和感热通量年际变化的关键区。冬季潜热通量的年际变化在副热带太平洋和菲律宾海域主要受风速变化影响, 在北太平洋的高纬和低纬海域尤其是赤道中太平洋主要受比湿差变化影响, 而冬季感热通量的年际变化在整个北太平洋都主要受海气温差变化影响。受大尺度环流影响, 异常低压中心的东 (西) 侧海气比湿差和海气温度差偏小 (偏大), 所以异常低压中心的东 (西) 侧潜热输送和感热输送偏弱 (偏强)。     

鄂东两次暴雨前后近地层物理量场异常特征分析

利用湖北黄石长江南岸50 m高铁塔的风梯度、超声风及气温、湿度观测资料,对2007年5月31日及7月1-2日两场暴雨前后近地层风温湿场和降水前湍流特征进行了计算分析,探索其异常变化特征,为进一步认识黄石地区强降水的近地面层物理过程提供依据。结果表明:(1)降水前温度下降,湿度上升,平均风向发生明显转变,水平风速与垂直气流速度在降水前出现显著增大;降水后,风向平缓变化,平均风速再次增大。(2)垂直气流速度在降水前频繁上下振荡,激发湍流活动。(3)降水前湍流动能增大,湍流动量通量和感热通量增大向上传递,湍流强度逐步增大。湍流动能最大值的出现早于湍流通量,湍流活动在临近降水时进一步加强。可见暴雨发生前后近地层风温湿场有明显的变化,降水前湍流活动增强。     

大气温度微结构观测

1980年5月和9月在天津地区用铂丝电阻温度计测量了3000米高度以下大气的温度起伏。白天的测量结果说明了温度结构常数和谱的一些特征。 证实了结构常数廓线在对流边界层顶的介面层有一个可能由夹卷作用产生的极大值。文章还讨论了界面层C_T~2的平均值及其Wanaaard的计算方法,给出了界面层的厚度。 谱分析表明,对流边界层、自由大气中的强湍流带有较宽的惯性区。在自由大气中谱分析将受湍流间歇性的影响。在塘沽附近海面上边界层的上半部曾得到幂率为—2.5的谱。     

正交小波变换研究复杂下垫面边界层的湍流特征

小波变换方法具有较好的时频局部特性,非常适合于分析非平稳的湍流信号。本文对35 m铁塔的超声风速测量数据进行了离散正交小波变换,计算了各向同性系数(ISO isotropy coefficient)及小波功率谱,以此对实验场所代表的水陆交际复杂下垫面的近地面层湍流特征进行了研究。ISO系数可以很好地描述实际大气在不同尺度的各向同性特征。根据ISO系数的分布,我们可以通过设定一定的阈值(ISO=0.7)来得到各向同性小涡的分离尺度(记为ISO0.7),即湍流的各向同性尺度范围。研究表明,下垫面对于边界层湍流各向同性特性具有相当大的影响,当风从不同下垫面吹过时ISO0.7尺度的均值具有较明显的差异。同时湍流度和稳定度对湍流各向同性也有一定的影响。对湍流小波功率谱研究表明,功率谱谱幂率在分离出的小涡所处的频段接近于-5/3。而当风从陆面吹过且湍流度较弱时,湍流小波功率谱小涡以分离尺度所对应的频率(fms)为界具有明显的两段趋势:高于fms的频段,谱幂率一般接近-5/3;而低于fms的频段的谱幂率接近-3/3。这反映了下垫面特征对湍流功率谱的影响。同时在不同的风向转变过程中下垫面对功率谱的影响具有差异。     

青藏高原近地层热量湍流系数的实验分析

本文着重研究青藏高原近地层的湍流结构。使用梯度观测和热量平衡方法,确定了感热湍流系数(Kh)表达式中的无量纲系数1/ψmψh,并表明它与W.O.Pruitt等人的结果相当一致。本文还计算了睛天和多云条件下1米高度上感热湍流系数,最后比较了高原和低海拔平原上感热湍流系数与动量湍流系数的比值αT。     

国外晴空湍流研究评述

晴空湍流(Clear Air Turbnlence,以下简称CAT)是指出现在9千米以上高空、且与对流云无关的湍流。它排除了与对流性不稳定边界层及深厚对流有关的湍流,却并未排除非对流性云(多指卷云)中存在的湍流。因此,有人认为采用“急流湍流”或“高空湍流”,的术语似更合适。近年国外有关CAT的探测资料表明,CAT区的水平宽度约为100千米,在顺风方     

华南沿海暖海雾过程中的湍流热量交换特征

湍流交换是海雾中的关键物理过程, 在海雾的热量和水汽平衡过程中起重要作用。本文根据2007年3月24～25日一次海雾的外场观测数据, 分析了海雾过程中近海面湍流热量交换特征; 并在区分风切变机械湍流与雾顶长波辐射冷却热力湍流的基础上, 着重分析了两种不同性质的湍流对海雾发展和维持的作用。结果表明: (1) 本次海雾是在西南低压和变性冷高压的控制下, 来自南海东部暖水区的空气平流在近岸冷海面上形成的暖海雾; 暖海雾中的湍流热量交换过程比冷海雾更为复杂; (2) 在暖海雾的形成和消散阶段, 风切变机械湍流的热量输送起主要作用; 而在发展和维持阶段, 既有风切变机械湍流的热量输送作用, 也有雾顶长波辐射冷却热力湍流的热量输送作用; (3) 风切变机械湍流向冷海面输送热量, 对近海面空气起到降温和增湿作用; 热力湍流同样向冷海面输送热量, 但对雾层起到增温和降湿作用; (4) 暖海雾中的湍流热量交换机制与雾层的非充分混合结构有密切关系。