船上海气之间湍流通量的观测研究

用６个加速度计组阵系统来监测船体姿态和运动，校正船上观测到的风湍流资料，然后用涡动相关技术计算海气之间动量，热量和水汽通量，结果表明，本观测系统可精确地消除船体运动对风湍流的影响，并获得精确的海气湍流通量。     

平台障碍物对海气通量观测影响的数值分析

基于计算流体动力学模型(CFD)模拟了背景风风速为2 m·s~(-1)、4 m·s~(-1)、6 m·s~(-1)下通量观测平台周围的风场分布,确定了不同风速下平台障碍物对观测影响最小的风向范围。发现风速不同,平台对背景风的影响范围不同,风速越大,平台对背景风的影响越大。运用涡动相关法计算不同风向条件下的湍流通量,定量分析由于平台干扰对海气通量计算的影响,发现选取迎风条件下的数据计算得到的海气通量会比实际偏低。     

利用不同方法校正船体运动对海气通量观测结果的影响

采用姿态校正法、滤波法、改进滤波法以及耗散法等方法,分析了北黄海冬季船载涡动相关资料,并结合协谱分析研究了不同方法对海气通量观测结果的校正效果。结果显示,船体运动对动量通量观测结果有明显影响,对感热、潜热等通量观测结果的影响很小。关于动量通量,对定点观测资料采用姿态校正法与耗散法可以得到比较合理的结果,而对走航观测资料各种校正方法的处理结果均存在一定的不确定性。滤波法在校正船体运动影响的同时,也去除了海洋大气中存在的与船体运动同频率的真实湍流脉动,改进滤波法可以在一定程度上修正滤波法对协谱的低估,但对湍流通量的估计仍有一定误差。耗散法可以得到比较合理的动量通量,但对感热和潜热通量的估计明显偏大。     

海气通量涡相关法计算中的时间尺度分析

基于黄海上连续14 d 的浮标观测资料, 采用多尺度分解法确定了海气通量涡相关法计算中的截断时间尺度, 并分析了该截断时间尺度的特征及其对感热通量计算的影响。研究结果是： 由多尺度分解法获得的湍通量截断时间尺度可将总通量中湍通量和中尺度通量分离开来, 截断时间尺度随着湍流强度或水平风速的增加而增加, 且感热通量的截断时...     

应用湍流通量理论分析蒸发波导机理

蒸发波导是近海面经常出现的大气结构.从湍流运动方程出发,基于近海面海-气耦合湍流通量理论和算法分析了蒸发波导机理.对气象要素变化时,蒸发波导高度和感热、蒸发潜热和动量通量间的关系进行了分析,表明蒸发波导的形成和湍流通量具有明显相关性,为蒸发波导机理研究提供了新途径.     

利用浮标资料初步评估NCEP再分析湍通量

通过与浮标观测资料的对比分析,指出NCEP动量通量、再计算NCEP热通量更能够代表NCEP再分析数据库的数值模拟效果。当风速大于20m/s时,数值模拟的湍通量低于浮标块体湍通量,当风速在10～20m/s时,数值模拟的湍通量高于浮标块体湍通量。同时还发现数值模拟结果的延迟现象,以及不能反映大风过后快速的海气温差变化而引起的感热通量变化。     

沿海市区近地面大气层风、温、湿湍流特征的观测和分析

用三向风速仪和高灵敏温湿度脉动观测装置,测量沿海城市上空大气表面层风速、温度和湿度脉动。并用涡动相关法计算了大气表面层动量、热量和水汽湍流通量,给出了复杂地形上各物理量的谱特征,讨论了各湍流通量的特性。结果指出,风速、温度和湿度谱密度分布基本上都服从—5/3律。由于建筑物的影响,在f≥0.2Hz频段内拢动能量明显偏大。动量和热量输送主要由f<0.2Hz的扰动完成的,高频扰动的贡献可以忽略不计。     

一种船载走航式海气甲烷交换通量测量系统设计与应用研究

海气界面交换是实现海洋和大气相互作用的重要途径,其通量代表海洋与大气之间的能量交换幅度。研究海气交换通量变化特征对监测海气界面碳循环过程、碳收支通量和全球气候变化具有重要意义。针对传统通量测量方法存在观测方式结合不足、样品转移损耗大、无法实时测量导致计算结果偏差较大等问题,并结合实际工作需求,本文设计了水气甲烷交换通量自动测量系统。该系统主要由采集模块、控制模块及辅助模块构成,在硬件层面上实现了船载海表大气及表层海水甲烷同步走航测量。基于C#、JavaScript语言对流式数据实时存储及通量计算过程进行了可视化编程,该系统实现了交换通量结果计算自动化,解决了海水—大气界面甲烷含量及交换通量的快速实时测量等核心问题。通过对海气通量自动测量系统海试,验证了该系统设计的可行性,为后续研究多尺度海气相互作用及全球气候变化提供了新的技术手段。     

一种新型海-气湍流通量参数化方案的模式测试

将一种新型湍流通量参数化方案代入到大气环流模式CAM3中,对比分析了模式改进前后模拟的风应力、感热通量、潜热通量和降水的全球分布,以及风应力、潜热通量和降水的纬向平均。结果表明:改进后模式的模拟结果更接近ERS、ERA40湍流通量数据和CMAP综合降水数据,其中对西风带上洋面风应力、亚洲季风区的潜热通量和降水改进明显。由于该新型湍流通量参数化方案直接由整体理查逊数、空气动力学粗糙度和热力学粗糙度参数化稳定度参数,避免了通过循环迭代计算Obukhov长度,计算效率得到提高。     

关于海气耦合模式气候漂移及敏感性的一点探讨

本文从概念性的大气或海洋系统及海气耦合系统出发,通过简单的理论分析指出:用观测气候场作为边界条件来调试大气或海洋模式并非最佳选择;海气耦合漂移是由两部分组成的,其中一部分源于未耦合模式模拟得到的气候状态与观测气候状态之间的系统误差,而另一部分则源于海气系统的非线性相互作用;海面“通量修正”可以消除因模式气候与观测气候之间的系统误差而引起的那部分漂移,但仍保留了海气系统的大部分非线性相互作用项.本文最后利用中国科学院大气物理研究所发展的海气耦合模式进行了敏感性试验,指出耦合漂移受到模式海洋的垂真发辨的率、海洋温盐扩散方案、海气耦合强度等诸多因素的影响.     

集合平均方法的建立及海洋动力系统耦合作用的性质分析

不同海洋动力过程之间的相互作用决定了海洋系统内部的结构,外观表征上则反映了海洋动力要素的空间及剖面精细化分布与演变特征,海洋动力系统相互作用理论愈来愈成为支撑海洋耦合数值模式与数值预报发展的重要基础.不同于Reynolds尺度平均概念,基于局域平稳均匀统计意义下的集合平均可易于实现集合层级和系统划分.在此基础上提出了一...     

Lidar sounding of the optical parameter of atmospheric turbulence

The operation of a lidar intended for clear air turbulence (CAT) positioning on the basis of the backscatter enhancement (BSE) effect is analyzed using a turbulence model with a power-law spectrum. Systematic distortions occurring due to a need to regularize the lidar positioning problem solution are estimated. It is shown that the effect of molecular viscosity of air on the positioning result can be neglected if the wave parameter, which characterizes the diffraction manifestation, is higher than 3. This corresponds to sounding ranges of more than 1 km for optical or UV lidars. The analysis results show that the BSE lidar positioning accuracy weakly depends on the exponent in the turbulence spectrum in regions of severe turbulence. The results can justify a physical experiment for the design of an aircraft system for the lidar detection of CAT regions ahead of the flight course.     

湍流混合输运通量的数学物理描述基础——高确定性闭合的湍流二阶矩和基本特征量控制方程组

湍流,在海洋动力系统其他类运动的控制方程组中,主要以输运通量剩余项的形式出现,它是最重要的海洋混合运动主体。本文的主要研究目标是,在湍流最新研究成果及其子系统控制方程组基础上,提出高确定性的二阶矩闭合原理,导出闭合的二阶矩和基本特征量控制方程组,建立湍流输运通量的数学物理描述基础。现有的湍流基本特征量方程组,其右端项的闭合办法实际上是非独立的。因此要么在今后的研究中引入独立的闭合办法,要么回归到湍流的现场实验分析研究,给出独立的特征量实验关系,从而有可能得到湍流混合系数的解析估计。     

基于北斗的浮标用航标遥测遥控单元设计

针对现有航标遥测遥控控制单元存在的结构不合理及灵活性差的不足,通过北斗接收天线、北斗发射天线、北斗收发处理模块、监测控制模块和电源模块的开发,设计了分体式航标遥测遥控单元,解决了北斗模块难以更换、接收信号受阻等问题,对于建立浮标类航标的遥测遥控系统具有应用价值。     

Effects of internal waves and turbulence on a horizontal aperturesonar

Random variability in the water column will affect the operation of a horizontal aperture sonar. Two sources of variability in shallow water are turbulence and internal waves. In a modeling study, the effects of turbulence and internal waves on a shallow-water imaging system are compared. The operational principles of a large aperture imaging system are first reviewed. A shallow-water internal wave model is developed by modifying the Garrett-Munk model. The internal waves are assumed to dissipate and drive the small-scale turbulence. The two phenomena are predicted to have markedly different effects on a system. Turbulence has short spatial correlation scales whose primary effects will be manifested in the variance of the acoustic phase. By contrast, internal waves will have much larger scattering but also a longer correlation scale. The primary acoustic quantity of interest for internal waves is shown to be the curvature of the phase as observed along the aperture. Properties of shallow-water internal waves are shown to preclude the use of standard acoustic calculations based on the Markov approximation. Using archival environmental data, sample calculations are presented for the site of a planned August 1996 experiment     

沿岸海域三维斜压场的数值模拟 Ⅱ、渤海湍流能量数值计算

研究建立渤海海域三维斜压场的湍流能量模型。对计算网格无法分辩的湍流运动，引入湍流能量求得垂向动量、质量及能量交换系统，从而形成封闭的湍流运动方程组。定量地计算了湍流能量、湍流速度及有风、无风状况下湍流能量的垂直分布等，探讨了湍流运动对潮波运动的影响。     

海洋调查测量信息系统(二):应用软件

针对调查测量任务、数据管理和人机交互操作的需求,设计了由系统管理模块、调测管理模块和辅助功能模块组成的应用软件,为调查测量信息系统提供了软件支撑,实现了系统配置管理、调查测量任务规划和作业指挥控制、调查测量信息的显示存储和设备实时监控,有效提升了调查测量船数据信息综合管理和测量作业的集成化、自动化水平。     

Turbulent mixing in a small estuary: Detailed measurements

Between 2003 and 2007, a series of field studies were performed in a typical small coastal plain type estuary (Eprapah Creek) located on the Southeast coast of Australia. The aim of these field studies was to investigate the turbulence and turbulent mixing properties in the estuarine zone. During these studies, high frequency turbulence and physio-chemistry data were collected continuously over a relatively long duration (up to 50 h). This article provides a summary of the key outcomes of these studies, highlighting the implications that these findings have on the modelling of small estuaries. The studies showed that the response of the turbulence and water quality properties were distinct under spring and neap tidal forcing and behaved differently in the middle and upper estuarine zones. The behaviour of turbulence properties to spring tidal forcing differed from that observed in larger estuaries and seemed unique to small estuarine systems. An investigation of several key turbulence parameters used in the modelling of estuarine mixing showed that many assumptions used in larger estuaries must be applied with caution or are simply untrue in small estuaries. For example the assumption that the mixing coefficient parameters are constant over the tidal cycle in a small estuary is simply untrue. These distinctions between the turbulence and mixing properties in small and large estuarine systems highlight the need for the continued study of small estuaries, so this type of system can be properly understood.     

风廓线雷达结合RASS反演湍流耗散率的方法

为探索反演湍流耗散率的最优方法,促进湍流规律和机理研究以及相关方法的业务化应用,文章根据风廓线雷达和无线电-声探测系统的探测原理,选取实例数据,通过虚温计算的布维频率和大气湍流引起的谱宽反演湍流耗散率。研究结果表明:该方法较为有效和简便,适用于加装无线电-声探测系统的风廓线雷达;湍流耗散率并不完全随高度增加而递减,而存在某高度层内湍流较强的现象;湍流耗散率与大气稳定度相互影响。