大气边界层湍流标量场的概率分布及其特征分析

利用2004年11月在白洋淀地区和2005年1月在中国科学院大气物理研究所北京325 m气象塔的47 m高度由超声风温仪和水汽二氧化碳分析仪观测的湍流脉动资料,分析了大气边界层不同下垫面湍流标量场(温度、水汽和二氧化碳)的概率分布及其特征.标量场的概率分布通常不同于高斯分布,而且还会产生偏斜,可以用指数分布描述.因此,标量的偏斜度通常不为0,陡峭度也往往比3大.非0偏斜度的出现可能是由湍流时间序列中的相干结构和间歇性部分造成的.其中,相干结构的存在使概率分布偏斜,但是,它们对偏斜度的贡献相对较小,而与概率分布的长尾现象有关的间歇性则会使偏斜度大大增加.温度、水汽和二氧化碳的平均偏斜度和陡峭度反应了标量场与稳定度、下垫面、天气条件、源汇等因素之间的关系.在不同下垫面,温度和感热通量的偏斜度随稳定度变化比较一致;水汽通量的偏斜度在稳定和不稳定条件下都为正,而水汽本身在不稳定条件下可能出现负的偏斜度;二氧化碳和二氧化碳通量的偏斜度受下垫面影响很大,在不同下垫面,偏斜度与稳定度之间的关系并不一致;而3个标量的陡峭度随稳定度的变化不显著,它们与相应的偏斜度之间存在平方关系.     

城市冠层上下大气湍流特征分析

利用兰州市榆中县城市冠层架设的3台涡动相关仪(EC)观测大气湍流资料,分析了城市冠层上下不同下垫面湍流通量和不同风向范围内湍流动能变化特征,之后对城市冠层上下3台EC观测湍流动能最小、最大分布方向上分别对应的最小最大湍流动能的风速谱进行了研究,进一步检验了局地相似理论在城市冠层上下的适用性。结果表明:(1)城市冠层之上水泥、砖石等构成下垫面和城市冠层之内草坪下垫面观测感热通量、摩擦速度较为接近,观测潜热通量、CO2通量在白天差异明显。(2)城市冠层之上的湍流动能总体上大于冠层之内,冠层之上气流来向的上风向较为开阔时湍流动能较大,而冠层之内气流来向的上风向为街道口时湍流动能较大。(3)城市冠层之上的湍涡尺度大于冠层之内,城市冠层小尺度湍涡风速谱在惯性副区基本符合-2/3次方关系,且准各向同性,大尺度湍涡风速谱在惯性副区不符合-2/3次方关系,且各向异性。(4)不稳定层结下,城市冠层上下无量纲速度方差与稳定度基本满足1/3次方局地相似关系,稳定层结下不满足;城市冠层上下无量纲温度、湿度、CO2浓度方差在所有层结下均不满足-1/3次方局地相似关系。(5)近中性层结下,城市冠层上下u、v、w方向无量纲速度方差分别为3.52,3.03,1.49和2.62,2.22,1.50。     

天津市郊大气边界层湍谱特征分析

用１９９０年７月在天津市郊的观测资料，计算了风速谱、温度谱及动量和热量通量的协谱。结果表明，市郊下垫面上的大气湍流谱特征与平坦地形上得到的典型结果基本一致，但满足各向同性的湍流尺度似乎比在平坦地形上的略大，谱的峰值频率区域略窄，谱的低频区（含能区）特征与平坦地形上的情况也不同。     

北京市郊区及城区边缘的大气湍流结构特征

为了比较城市边缘地区和郊区大气边界层中湍流结构的差异,本文分析了1986年春、夏两季在北京市城市边缘地区和郊区两处大气湍流观测结果.结果表明,由于城市边缘地区的下垫表面具有较高数值的粗糙度,使其近地面层大气受到较强的动力影响,在其湍流速度分量谱曲线;无量纲化湍流速度分量标准偏差,σ_u/u*,σ_v/u*和σ_w/u*;以及无量纲化湍流耗散率φ_ε等湍流特征量在近中性层结条件下显示出与大气稳定度的关系比较微弱.     

试探大气边界层湍流运动的若干问题

对湍流运动的几个基本理论问题作了一定程度的探讨，并根据湍流动能方程分析了大气边界层湍流产生和发展的能量机制，以此为判据推导了滴运动的凡主范围和物理含意较为清楚的混合长表达式。     

重庆地区近地面层湍流谱特征分析

利用１９８９年１２月－１９９０年１月重庆地区的观测资料，计算了一般天气条件下和雾中的湍流谱。结果表明，重庆地区中性和不稳定的条件下，湍谱的峰值频率比平坦地形大，峰值区较窄。在夜间静力稳定条件下，湍谱的低频部分能量突然增大。也揭示了雾中湍流说的一些特性。     

大气边界层湍流涡旋结构的小波分解

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。       

重庆冬季大气边界层湍流扩散能力的初步研究

本文利用1989年12月16日至1990年1月14日在重庆市用三轴风速仪所测得到的三轴风速资料，分别计算了有风、静风、有雾时的大气扩散参数， 以及无雾有风条件下的湍流强度。文中对有风时、静风时、有雾时的扩散参数作了比较和研究，对无雾有风时的湍流强度作了分析。从而有助于了解重庆在有风、 静风或有雾时边界层内湍流扩散能力的大小。     

CINRAD/CC雷达冷却故障处理个例分析

基于L波段探空GFE(L)1型二次测风雷达资料具有垂直分层密,并从地面开始就可以获取资料的特点,将其用于重庆市主城区边界层特征的分析,用于逆温与能见度、浓雾和空气污染指数的分析.结果表明,L波段探空雷达资料不仅可以用于大气边界层特征分析,还可以在污染气象分析预报、雾的预报、有害气体泄露事件应急气象服务,风能评价等多个领域发挥作用.     

footprint方法在湍流扩散分析中的应用

引入通量footprint分析方法,结合广西白龙核电厂拟建厂址的湍流实测资料,分析了观测站点不同方向上的通量footprint,并由此确定了水平扩散尺度及水平扩散时间,最终估算了水平扩散参数。与环境评价导则中推荐的扩散时间计算所得的水平扩散参数进行了对比分析。结果表明,离岸流的扩散参数比向岸流大,有利于湍流扩散,从而证明扩散参数具有偏保守性和局地扩散的特性。分析表明,footprint方法在湍流扩散参数分析中具有实际的应用价值。     

L波段探空GFE(L)1型二次测风雷达资料在重庆大气边界层特征分析中的应用

利用1981～2004年气象和雷击火灾资料,研究气候条件对内蒙占大兴安岭林区雷击火灾发生的影响,进而分析该地区雷击火灾多发的气候原因.结果表明:①内蒙古大兴安岭林区雷击火灾发生次数有逐年增多的趋势,主要集中在5～7月,出现时间为5月12日到7月16日,多发生在每日10:00～17:00;②雷击火灾的发生与近年来气温的升高密切相关,尤其是5～7月气温和地温的升高,是引发内蒙古大兴安岭森林雷击火灾的主要因素之一;③5～7月降水量和相对湿度的逐渐减小,使干旱程度不断加剧,导致内蒙古大兴安岭地区从1999年以后,雷击火灾次数呈明显上升的趋势;④气候的变干、变暖以及极端气候事件的增多,是导致近年来内蒙古大兴安岭地区雷击火灾频繁发生的主要气候原因.     

Spatiotemporal Spectral Analysis of Turbulent Structures and Pollutant Removal in Two-Dimensional Street Canyon

Boundary-Layer Meteorology - This study expands the study conducted by Zhang et al. (Boundary-Layer Meteorol, 2022, Vol. 183, 97–123) to elucidate turbulent structures within an ideal...     

空气动力学方法在湍流通量计算中的误差分析

采用迭代方法检验了在近地面层大气中使用空气动力学方法时，温度、湿度和风速梯度等观测误差对感热和潜热通量计算的相对误差，结果表明，在微风和低温环境中，空气动力学方法的使用受到限制。     

Spectral Analysis of Turbulent Aerosol Fluxes by Fourier Transform,Wavelet Analysis,and Multiresolution Decomposition

Aerosol number fluxes are spectrally analyzed using fast Fourier transform analysis, wavelet analysis and multiresolution decomposition. All three methods yield similar spectral features in general, although a detailed evaluation of the cospectra shows some differences, e.g. due to different resolutions in the time and frequency domains. Wavelet analysis yields aerosol flux estimates with a high time resolution that can be used to assess the flux variability. Multiresolution decomposition has been applied successfully to evaluate cospectra of the aerosol number flux, the buoyancy flux and the momentum flux of three 1-day datasets from diverse environments. For all scalars and all environments, the dimensionless frequency (f) of the cospectral peak was found between $f = 0.1$ and 0.2. In addition, the cospectral gap time scale of the aerosol number flux was found between 100 and 1,000 s. Thus, in this study several spectral features such as the dominant time scale and the cospectral gap time scale of aerosol number fluxes are similar to buoyancy fluxes. However, the shape of aerosol number flux cospectra often deviates from buoyancy and momentum flux cospectra, especially at very small and at very large time scales.     

不同强风样本湍流特性参数的计算分析

在结构风工程中, 风湍流统计参数计算的正确与否直接影响到风荷载的计算精度。在实际风参数计算与分析中, 多选用风速较大的样本资料, 但过分强调大风可能产生不合理的计算结果。利用超声风速仪瞬时风速观测资料, 分别划分成相对强风和持续强风样本, 计算并比较其湍流统计特性参数, 发现湍流统计参数特性值 (湍流度、阵风因子、摩擦速度等) 与风速大小并不能很好匹配, 有时风速不大但其湍流特性值却很大, 反之也然。研究表明:选取的湍流风资料样本或统计方法不同, 都会影响风特性参数的计算结果, 进而影响到风荷载计算的精度。这一结果对于提高结构风工程中风参数计算与设计的科学性和合理性具有现实意义。     

天津城市边界层湍流统计特征

利用2008年2月1～28日在天津气象塔上观测的超声风、温资料和常规风、温及湿梯度资料,计算了天津城市边界层无量纲湍流速度方差、湍流温度方差、感热通量、动量通量和湍流动能。结果表明,在不稳定层结条件下,40m高度上无量纲湍流速度方差和湍流温度方差遵循莫宁-奥布克霍夫相似理论,在220m高度上只有垂直方向上的湍流速度方差...     

萍乡地区雾的特征分析及预报方法初探

选取萍乡和莲花2个站点1980—2003年722个雾日样本,按年、季、月对雾日的变化进行了分析,探讨了辐射雾、平流雾形成的主要气象因子和天气形势。通过普查气象因子和相关性回归分析,筛选出与雾日相关性比较好的6个气象因子,分别建立春、秋、冬三个季节雾的能见度预报方程,并进行了验证和实际应用。预报方程春季预报准确率最高,冬季次之,秋季相对较低。     

Spectral Proper Orthogonal Decomposition Analysis of Turbulent Flow in a Two-Dimensional Street Canyon and Its Role in Pollutant Removal

Boundary-Layer Meteorology - Spectral proper orthogonal decomposition (SPOD) is applied as a post-processing technique to elucidate the relationship between turbulent motion and pollutant removal...