塔中近地层春夏季湍强和湍能变化的观测研究

利用2006年4月和8月塔中地区近地层10 m处的湍流资料,分析了该地区春夏季湍流强度和湍流动能的变化,同时对湍流动能供给率做了讨论。结果表明,在近中性层结条件下,3个方向的湍流强度均接近常数,而无因次扰动动能则随稳定或不稳定程度的增大也有增大趋势;在强不稳定层结条件时,热力湍能供给率明显强于机械湍能供给率,而处于稳定层结条件时,热力湍能供给率则减为负值,表现为抑制作用。     

塔克拉玛干沙漠夏季晴空对流边界层大涡模拟

为了探索塔克拉玛干沙漠夏季晴空对流边界层湍流结构和热对流运动规律,利用沙漠腹地探空及地表通量观测资料,开展了晴空对流边界层的大涡模拟研究。结果表明：（1）沙漠夏季晴空条件下,对流边界层湍能主要由地表热力浮力对流产生,机械剪切对边界层湍能的贡献较小,小尺度湍涡对湍能的耗散随高度呈减弱趋势,边界层湍能变化呈现间歇性特点。（2）沙漠夏季晴空边界层中存在着有组织的热对流泡现象,热泡最大上升速度可超过4.0 m·s^-1;沙漠热对流运动一般呈羽状和网状分布特征,在上升运动区周围伴随有大片的下沉辐散区域。（3）地表感热和逆温层顶盖强度是控制和影响沙漠对流边界层发展的两个重要因素,感热增大,对流边界层变暖且高度升高;感热减小,对流边界层变冷且高度降低。在感热不变的条件下,逆温层顶盖强度越强,越不利于对流边界层发展,反之则相反。     

塔克拉玛干沙漠腹地近地层湍流能谱特征分析

利用塔克拉玛干沙漠腹地近地层湍流观测资料,计算并分析了不同稳定层结条件的湍流速度谱、温度谱及局地各向同性特征。结果表明,湍流速度谱和温度谱在惯性副区均满足Kolmogorov的-2/3指数规律,且稳定条件的相关系数更高;速度谱满足湍流各向同性的低频限制理论。近中性条件的温度谱和弱不稳定条件的速度谱在高频段有尾部上翘现象;稳定情况下的v谱和近中性条件的u谱、T谱在低频处也有上翘现象。沙漠腹地水平湍流尺度范围介于森林和草地之间,不稳定层结比稳定层结的谱峰更偏向低频端,且峰值尺度更大。     

南极威德尔-斯科舍汇流区上层湍流混合特征及其与水团和环流的联系

利用中国第32次南极科学考察队于2015年12月至2016年1月在南极威德尔-斯科舍汇流区获得的湍流微结构、温盐深仪和下放式声学多普勒海流计观测资料,分析了该海域上层海洋(30～500 dbar)的湍流混合空间分布特征.结果显示,湍动能耗散率(ε)和湍扩散系数(Kρ)分布呈现明显的区域性特征,与当地的水团和环流分布密切...     

巴丹吉林沙漠北缘拐子湖流沙下垫面近地层湍流强度和陆面过程特征

利用巴丹吉林沙漠北缘拐子湖流沙下垫面2013年7、10月和2014年1、4月的湍流通量资料，计算并分析了研究区近地层湍流强度，同时针对风速分量、温度、水汽和CO₂归一化标准差随稳定度的变化关系和总体输送系数等陆面过程特征进行分析。结果表明：（1）风速各分量的湍流强度均随风速的增加逐渐减小，风速处于2 m·s^-1以下时湍流发展最为旺盛。湍流强度主要由水平方向风速分量决定，垂直方向风速的作用较小，且近中性和不稳定层结利于湍流的发展。与其他地区相比，平坦且没有建筑物的沙漠地区，机械湍流较弱，湍流强度相应较小。（2）风速各分量的归一化标准差与稳定度（z/L）均满足1/3次方函数规律，其中垂直方向风速分量的拟合曲线方程较好。（3）动量输送系数C_d具有明显的夏季高、冬季低的变化状态且各月的日变化形态均呈夜间低、日间高的循环形态。热量输送系数C_h的不同月份日变化间并没有明显的排列次序，且日出日落前后具有明显的波动。不稳定层结时，C_d和C_h均随风速的增加逐渐减小；稳定层结时，C_d和C_h均随着风速的增加逐渐上升。     

南疆一次强沙尘暴的近地层特征和湍流输送分析

利用2006年4月10日沙尘暴过境期间塔克拉玛干沙漠腹地80 m垂直梯度探测系统的实时资料,分析了该地区近地面层气象要素和湍流输送特征的变化过程。结果表明,沙尘暴过境期间,近地层风速有先降低后增大的过程,10 m高度上动量向下输送明显,热量输送只有很小的上传趋势;沙尘暴过境前,近地面为弱稳定的逆温层,空气处于暖干的状态,10 m高度上垂直气流表现为系统性的下沉运动,随着沙尘暴爆发,湍流交换显著增强,空气进入相对冷湿状态,气流有上升运动趋势,但强度不大,仍以水平湍能为主。     

南极中山站附近冰盖近地面层湍流参数的观测研究

利用2007/2008年中国第24次南极考察队在南极中山站附近冰盖上观测试验获得的湍流脉动及相关资料,对原始资料通过坐标旋转订正后,应用涡动相关法计算分析了冰盖近地面层的湍流强度(I)、稳定度参数(z/L)、摩擦速度(u*)、拖曳系数(Cd)、地表粗糙度(z0)及动量通量(τ)和感热通量(H),并与空气动力学方法的计算结果进行对比。结果表明,Louis方案能够较好地模拟近地面层湍流通量;在平均状态下,全天雪面以感热形式从大气获得净的能量;近中性层结下地表粗糙度z0为4.54×10-4m,拖曳系数Cd=1.7×10-3,在非中性条件下,稳定度越小Cd越大,反之,则稳定度越大Cd越小。     

塔克拉玛干沙漠北缘夏季典型晴天近地层湍流能谱特征

利用塔克拉玛干沙漠北缘肖塘地区涡动相关系统三维方向风速（u，v，w）、气温、CO₂、H₂O等观测数据，分析了夏季典型晴天不同大气稳定度条件下湍流功率谱和协谱。结果表明：大部分情况下湍流速度谱分布满足-2/3幂指数率，垂直方向高频段惯性副区符合程度更高，水平方向次之；CO₂和H₂O浓度则符合程度较低；温度谱与无因次频率总体上都具有很好的相关性。垂直风速与径向风速u的协谱斜率拟合值大多数情况下更接近-1，而在近中性层结条件下更符合-4/5斜线。稳定层结条件下的协谱峰值比不稳定层结时更大，且约大一个量级；不稳定层结条件下高频段协谱近直线型下降。u谱对应的谱峰波长随稳定度增加而减小，v谱和T谱对应的谱峰波长随稳定度的增加没有规律性增减；u、v、w、T谱谱峰波长约67~827、69~2417、4~54、12~661 m。     

塔克拉玛干沙漠近地层湍流热通量计算方法比较研究

利用2007年8月3日至10月31日在塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站取得的大气边界层观测资料,比较了涡动相关法、波文比法和空气动力学法计算得到的湍流热通量,分析了塔克拉玛干沙漠腹地能量平衡各分量的日变化特征。结果表明：波文比法、空气动力学和涡动相关法计算得到的塔克拉玛干沙漠腹地湍流热通量日变化特征是一致的,整个观测期间,空气动力学方法和波文比法计算得出的湍流通量大于涡动相关法。它们的顺序分别为,波文比法计算得出的湍流热通量最大,空气动力学方法次之,涡动相关法最小;塔克拉玛干沙漠腹地能量平衡各分量基本上以12:00时为中心,呈对称分布。净辐射、土壤热通量、感热通量具有非常明显的日变化特征。净辐射日最高值324 W·m-2出现在当地时间11:30,最小值-85 W·m-2出现在当地时间18:30;土壤热通量在12:00左右达到日最高值143 W·m-2,而20:00时出现最小值-69 W·m-2;感热通量在13:30时左右达到最高值178 W·m-2,19:00时左右出现最小值-7 W·m-2;相对于上述3个能量平衡分量,潜热通量的日变化特征不太明显。每日12:30左右出现潜热通量的最大值43 W·m-2,06:00时出现日最低值－1 W·m-2。     

塔克拉玛干沙漠湍流尺度

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区近地层32 m高度涡动相关系统2009年1、4、7、10月的湍流观测数据,对流动沙漠地区不同稳定度下的湍流特征进行了分析。结果表明:(1)流动沙漠区在不同季节、不同稳定度条件下的近地层湍流欧拉时间自相关系数R_u(t)、R_v(t)、R_w(t)衰减存在明显的时间差异。春季R_w(t)的衰减最快,夏季3个方向的欧拉时间自相关系数衰减时间相近;(2)欧拉时间自相关系数主要表现出强衰减、逐渐衰减和缓慢衰减3种类型,沙尘天气的欧拉时间自相关系数衰减总体上要强于晴天;(3)湍流的时间积分尺度L_t(z)最小,L_t(x)和L_t(y)大小相近,在沙尘暴发生时,水平风速占主导,而垂直气流很难发展;(4)湍流的空间尺度在不同季节和不同稳定度条件下明显不同:L(x)平均值6.02 m,L(y)平均值6.90 m,L(z)平均值0.73 m;湍流水平空间尺度大多数情况下呈扁平的椭球体,且水平方向呈明显的椭圆形状。     

基于湍流结构的风沙颗粒起动动态演化的概念模式

从驱动沙粒群起动的湍流结构入手,提出了基于气固两相流自调节机制的风沙颗粒起动的概念模式。受风沙边界层湍流相干结构的产生、消亡、湍流的随机脉动和运动沙粒群碰撞过程的动量损失等因素的控制和影响,风沙两相流始终处于不平衡—平衡—不平衡的动态演化之中,在此过程中,存在着普通的空气动力学起动、典型的冲击起动、湍流猝发起动等多种起动方式的循环交替的动态演化。上述多种的沙粒起动方式能够根据风沙边界层边壁区的湍流运动应力和沙粒群碰撞过程的动量损失来界定。该概念模式需要综合利用相位多普勒粒子动态分析测速技术、粒子图像测速技术和高速数字摄影技术等手段来进一步验证。该概念模式的提出,将为深入理解沙粒起动的力学机制提供新的思路。     

湍流度随高度的变化及其对城市宏观地形的依赖

分别构建广州主建成区垂直比例尺为1﹕2 000、1﹕1 000和1﹕500的3个建筑物模型，利用大型边界层风洞，在西北和东南两风向下，基于中性流模拟分析了复杂城市地形下湍流度随高度的变化及其对宏观地形的依赖。结果表明：风廓线指数α与不同高度的湍流度之间的关系密切，利用现有模型，根据4类粗糙度边界层和不同垂直比例尺，可确定相应的湍流度随高度变化模型的主要系数，预测精度高。城市地形下最大湍流度面发育在0~0.2 h之间狭窄的范围内。用湍流度形态指数β来表征湍流度随高度的变化，无论城市屋脊还是平坦地形，随着风程区的延伸，廓线的指数α升高，湍流度形态指数β降低。表明同一高度湍流度值具有由迎风区、丘顶区向背风区增高，沿风程逐渐增大的规律，对地形部位和风程的依赖性强，与来流翻越简单地形时的特征一致。     

Energy dissipation caused by boundary resistance in a typical reach of the lower Yellow River and the implications for riverbed stability

The energy dissipation of boundary resistance is presented in this paper based on the flow resistance. Additionally, the river morphology responses to the resistance energy dissipation are explored using the Gaocun-Taochengpu reach in the lower Yellow River as a prototype. Theoretical analysis, measured data analysis and a one-dimensional hydrodynamic model are synthetically used to calculate the energy dissipation rate and riverbed morphological change. The results show that the energy dissipation rate along the channel will increase in both the mean value and the fluctuation intensity with increasing discharge. However, the energy dissipation rate will first decrease and then increase as the flow section or width-depth ratio increases. In addition, the energy dissipation rate has a significant positive correlation with the riverbed stability index. The results imply that the water and sediment transport efficiency of the river channel can be improved by optimizing the cross-sectional configuration to fulfil the minimum energy dissipation rate of the boundary resistance under stable riverbed conditions.     

Three-dimensional structure of flow at a confluence of river channels with discordant beds

This paper presents three-dimensional data of the mean and turbulent structure of flow collected at a natural confluence of rivers with discordant beds to (1) describe the three-dimensional flow field of a natural junction of channels; (2) assess the role of changes in bed morphology occurring during transport-effective events on the structure of flow at a confluence; and (3) examine how the three-dimensional structure of flow varies with changes in the ratio of momentum flux between the two confluent streams. Three-dimensional measurements of velocity were reconstructed from the measurements obtained with an array of four, two-component electromagnetic current meters. Six detailed velocity profiles were taken at five cross-sections in a wide range of flow conditions. The mean field of flow is characterised by (1) the acceleration of flow in the downstream portion of the post-confluence channel, but by lower velocities upstream in the mixing layer area; (2) a stagnation zone at the apex of the junction; (3) a zone of flow deviation, and strong fluid upwelling, close to the avalanche face and at the margin of the tributary mouth bar; and (4) reduced velocities over the depositional bar at the downstream junction corner. The position and extent of these zones vary with changes in the ratio of momentum flux. Very high intensity of turbulence (peaks up to 50%) and turbulent kinetic energy were observed in the mixing layer region. Distortion of the mixing layer, characteristic of flow where bed discordance is present between the two tributary channels, was evident from mean and turbulent flow data. This field study suggests that the effects of bed discordance on flow, sediment transport, and the resultant bed morphology must be incorporated into conceptual and numeric models of these sites of complex flow.     

Anisotropic turbulence in weakly stratified rotating magnetoconvection

Numerical simulations of the 3-D MHD-equations that describe rotating magnetoconvection in a Cartesian box have been performed using the code NIRVANA. The characteristics of averaged quantities like the turbulence intensity and the turbulent heat flux that are caused by the combined action of the small-scale fluctuations are computed. The correlation length of the turbulence significantly depends on the strength and orientation of the magnetic field and the anisotropic behavior of the turbulence intensity induced by Coriolis and Lorentz force is considerably more pronounced for faster rotation. The development of isotropic behavior on the small scales—as it is observed in pure rotating convection—vanishes even for a weak magnetic field which results in a turbulent flow that is dominated by the vertical component. In the presence of a horizontal magnetic field the vertical turbulent heat flux slightly increases with increasing field strength, so that cooling of the rotating system is facilitated. Horizontal transport of heat is always directed westwards and towards the poles. The latter might be a source of a large-scale meridional flow whereas the first would be important in global simulations in case of non-axisymmetric boundary conditions for the heat flux.     

扩散性危机影响下公众心理韧性空间特征初探

当前危机管理研究多从公共管理、社会学和心理学等角度揭示恐慌发生的规律，鲜有研究揭示其地理时空特征。因此，从地理学的视角出发，利用百度搜索指数，探索公众恐慌心理的基本空间结构和变动特征，并尝试捕捉心理韧性的空间影响因素。主要得到3点结论：① 在当前互联网高度通达的背景下，危机信息传播速度极快，由此引发的恐慌情绪已无明显空间扩散过程，而是瞬时传播至全国范围，且未出现明显的信息盲区；② 距危机发生地的距离显著影响公众心理韧性，随着距离的增加，公众面对危机的恐慌心理没有呈现出距离衰减的空间规律，也不完全符合“心理台风眼”假说，而是呈现出以疫情较严重的地区为多个中心的涟漪状起伏的圈层结构，恐慌波动指数（PR Index）在1.112~1.947变动；③ 公众恐慌心理对危机信息的韧性差异，受信息类型和空间距离交互影响，表现为紊流状的空间异质结构。建议未来危机信息管理需要重视政策措施的空间区划，根据与危机发生地的空间关系，来决定重点发布何种信息，从而最大效度地减少公众恐慌。     

西安市城市边界层热岛的数值模拟

本文使用非定常二维边界层大气动力和热力方程组数值模式,结合西安市1983年秋冬季城郊气象场的观测资料及能源耗量,分析计算了西安城市热岛热力场的特性和强度,并评估了由于城市能源消耗总量的增加对未来城市热岛的影响。     

Atmospheric boundary layer structure and turbulent flux transfer over the Zhongshan Station area,Antarctica

ＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｔｕｂｕｌｅｎｔｆｌｕｘｔｒａｎｓｆｅｒｏｖｅｒｔｈｅＺｈｏｎｇｓｈａｎＳｔａｔｉｏｎａｒｅａ，ＡｎｔａｒｃｔｉｃａTX＠曲绍厚＠高登义＠邹捍Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙ...