近地面层中湍流热通量和长波辐射通量相互作用的数值研究

本文详细讨论了在稳定层结条件下,近地面层内有各种典型的气象要素分布及下垫面状况时,长波辐射通量与湍流热通量之间的相互关系问题.结果表明:长波辐射通量对近地面层的热力结构有相当大的影响,它常常减弱了常值湍流热通量层的厚度.在弱风和层结稳定度较大的情况下,“常值湍流热通量层”将很薄,有时甚至难以存在.     

城郊大气近地面层湍流特征的初步研究

本文对北京城郊近地面层的大气湍流特征做了初步的研究.结果表明,以局地稳定度参数z/L代替通常的Monin-Obukhov稳定度参数,对湍流的二阶矩以及谱和协谱的惯性副区特征而言,均匀近地面层湍流的相似理论可以推广到城郊近地面层湍流的情形,但谱和协谱的低频(含能区)特征发生显著的变化:含能区谱密度往往由许多尖峰构成;在某些低频范围上,湍流运动的垂直分量可能比水平分量强得多.在城郊近地面层中,湍流动能的产生与耗散基本上是平衡的.     

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。     

HUBEX试验区近地面层的湍流输送

1998年淮河流域能量和水循环试验(HUBEX)期间曾进行了1个月的近地面层湍流观测.分析不稳定条件下湍流的统计特性和谱特征,并与Monin-Obukhov相似理论进行了比较.结果表明,不稳定的时候各湍流量的统计特征与相似理论的预期相符.虽然不稳定条件下温度和湿度涨落的相关系数很高,谱的式样也相近,但湿度谱的峰值频率高于温度谱.协谱曲线的形状显示感热通量的谱峰较宽,表现出w和T在较宽范围的强相关性,而水汽通量谱在高频段下降很快,说明水汽的输送更多地出现在低频部分.从谱相关系数可见,在近中性的时候,各尺度湍流涡的热量输送效率普遍较低,随着不稳定性增强而显著提高.分析还发现,不论不稳定性的程度如何,小尺度湍流的水汽输送效率都较低.水汽通量谱的相关系数随稳定度的变化不如热通量的谱相关系数大,表明近中性时除小尺度湍流外其他湍流涡的水汽输送效率高于热量输送.     

大气近地面层中不同温度层结下的湍流运动

本文运用相似理论,在物理分析的基础上试图从统一的观点来讨论不同温度层结下的湍流运动。由强迫对流到自由对流的过渡趋势假定是连续的,对极端稳定层结时湍流运动的特点提出了看法。选取了符合物理分析所要求的通用函数的形式,设法确定了其中的参数的值,并进而建立了根据梯度观测资料计算湍流系数及各种湍流输送通量的公式及图表,并用不同资料进行了检验。     

风电场建设前后近地面湍流强度变化特征

风电场对大气边界层结构特别是湍流特性的影响是能源气象领域关注的一个重要课题。以河北省尚义县麒麟山风电场为研究对象,选取该风电场内70 m测风塔2006-2019年数据完整且连续性较好的每年5月的测风数据,将观测时段分为风电场建成前(2006-2009年)和风电场建成后(2010-2019年),对比分析了有无风电场近地面湍流强度的差异。结果表明:风电场建成后湍流强度向高值区偏移,即近地面湍流增强,并且夜间湍流强度增加程度比白天大。湍流强度随风速的增加有减小的趋势,风电场建成后,70 m湍流强度显著增加的风速区间夜间为4~15 m·s^-1,白天为4~14 m·s^-1;50 m湍流强度显著增加的风速区间夜间为3~15 m·s^-1,白天为3~12 m·s^-1。风电场运行使湍流强度在昼夜均有增加,白天各时刻50 m湍流强度增加程度均稍大于70 m,夜间70 m湍流强度增加程度大于50 m,最高可增加121%,风电场建成运行后,50 m和70 m湍流强度差异减小,白天和夜间湍流强度差异减小。     

青藏高原近地面层微气象学特征

利用1998年5月-7月在改则、当雄和昌都三测站获得的近地面层气象要素变化的观测资料，分析了青藏高原近地面层风速、温度和湿度日变化特征及廓线规律，发现高原近地面层微气象学特征具有自己的特点；同时还讨论了高原近地面层白天出现的逆湿现象。     

天津城区大雾过程近地面层特征研究

地面倒槽、华北地形槽和地面弱高压是天津冬季雾日多见的地面气压系统。为了解雾事件在上述三种天气系统下近地面层气象要素的演变规律,利用天津市250m气象铁塔梯度观测和常规气象观测资料,分别选取2002、2003和2004年相应气压场下的雾个例,比较分析了冬季雾天近地面层结构及低层水汽分布特征。结果表明:(1)三种天气系统条件下,均存在近地层逆位温层结和增湿现象,近地面40m以下高度为弱风。(2)地面倒槽形势下的平流雾过程中,逆温层结稳定且厚达千米,近地层呈多层逆温或弱逆位温层结;80m以上,雾前风力较强,雾中风力较弱;低空各层水汽显著上升时间提前于起雾时间约15h,且日夜增速持续均匀,雾中呈现出逆湿特征,雾顶超过250m。(3)华北地形槽和地面弱高压下的辐射雾过程中,日落后近地面浅薄逆温层结生成并于05时(北京时间,下同)左右达最强,日出后减弱,于11时左右消散;仅夜间近地层水汽显著增加,且塔层250m逆温强度达到3.0℃时才开始出现,距起雾时间约2～9h;雾形成后,逆温层底抬升,雾体中逐渐演变呈不稳定层结;雾中呈现下湿上干特征,雾厚分别为80m和60m左右。(4)华北地形槽和地面弱高压下的风廓线演变规律有显著差异,即前者80m以上6m.s-1左右南风和北风呈规律性日变化转换特征,而后者250m低层大气恒为弱风控制。     

南沙海域近海层大气湍流结构及输送特征研究

本文根据南沙群岛渚碧礁的一次大气湍流观测资料，分析研究南沙海域的湍流热通量输送、方差相似性、风速各分量谱、温度谱及各湍流通量协谱等大气湍流结构和输送特征，并与陆地下垫面上的结果作了比较，得到了一些有关南沙海域大气湍流输送及湍流结构的新认识。     

TURBULENCE STRUCTURE AND TRANSFER CHARACTERISTICS IN THE SURFACE LAYER OF HEIFE GOBI AREA

Based on the HEIFE 1988 and 1990 pilot observations,an analysis on the turbulence structure of Gobi surfacelayer,mainly on the similarity formulations of wind and temperature variances,the spectra and cospectracharacteristics,is presented.The phenomenon of downward water vapor flux over Gobi desert in daytime is confirmedin both observations,this and the well-known‘oasis effect’are two sides of a local mesoscale circulation.     

HEIFE戈壁地区近地层大气的湍流结构和输送特征

根据黑河地区地气相互作用实验研究(HEIFE)1988年POP和1990年PIOP实验的观测资料,分析了戈壁地区近地层大气的湍流结构,主要是风速分量和温度方差的相似关系,以及各有关量的功率谱和湍流通量的协谱。1988年POP期间发现的戈壁近地层大气中白天经常出现的水汽由上而下输送等特殊现象,在1990年PIOP中得到进一步的验证。文中分析了有关物理机制,认为这一现象和众所周知的“绿洲效应”是戈壁-绿洲这一地区性中尺度环流影响的两个侧面。     

TURBULENCE STRUCTURE AND TRANSFER CHARACTERISTICS IN THE SURFACE LAYER OF HEIFE GOBI AREA*

Based on the HEIFE 1988 and 1990 pilot observations,an analysis on the turbulence structure of Gobi surface layer,mainly on the similarity formulations of wind and temperature variances,the spectra and cospectra characteristics,is presented.The phenomenon of downward water vapor flux over Gobi desert in daytime is confirmed in both observations,this and the well-known‘oasis effect’are two sides of a local mesoscale circulation.     

层结大气中近地层湍流

本文对稳定层结大气中近地层湍流的层结订正函数导出了新的形式.据此而对的湍流普遍函数作出了新的规定.根据该方案对近地层湍流特徵作了若干讨论.最后并绘制了计算近地层湍流特性量的图表,藉此可以很方便而准确地由梯度观测直接估各市地近地层湍流状况.     

TURBULENCE CHARACTERISTICS OF THE ATMOSPHERIC SURFACE LAYER OVER AN OPEN GRASSLAND

Described in this paper is an experiment on atmosphere-surface turbulent exchange andboundary layer turbulence properties conducted in July 1994 over the Kerqin Grassland,Jilin,China.The characteristics of the turbulent spectrum,and the relationships of the standarddeviation of the turbulent velocity components and sensible heat flux with the atmospheric stabilityare studied using data from a sonic anemometer and a fast-response platinum resistancethermometer mounted on a 100 m tower.The results show that in the surface layer over a flat,uniform and open grassland,for a broad stability range(-22.12≤Z_(?)L≤17.98),the velocityspectra obey the-2/3 power law in the inertial subrange,and 1 power law at low frequencies.Under near neutral stratification,σ_u/u_*=1.20,σ_v/u_*=1.23 and σ_w/u_*=1.02.For Z_i/L≤-0.2,the standard deviations of the turbulent velocity components follow a 1/3 power law.ForZ_i/L≤-0.1,the standard deviation of the temperature fluctuations follows a-1/3 power law,and as Z_i/L≤-0.08,it exhibits nonlinear behavior.Sensible heat flux is well correlated to thestability parameter.     

城市区域内建筑物墙体内外壁表面温度特征的比较研究

使用12月、4月、8月昆明城市区域内建筑物墙体内外壁表面温度的观测资料，分析了不同朝向墙体内外壁表面温度的特征、变化规律及差异。结果表明：4月和8月墙体内外壁表面温度较高，12月较低；不同朝向墙体之间的差异以天气晴朗的4月和12月较大，多云天8月最小；4月和8月E向墙体的内外壁表面温度均最大，S向次之，N向最小：而12月S向墙体的内外壁表面温度在一段时段内甚至超过了E向；内壁表面温度的日较差低于外壁表面，且其出现最高、最低温度的时间均较外壁表面有所延滞。     

ATMOSPHERIC TURBULENCE STRUCTURE AND SPECTRAL CHARACTERISTICS AT NEAR SURFACE LAYER ON TROPICAL COASTS

By use of an observational experiment at the village of Tianwei, Haikou, Hainan province in 1990,characteristic turbulence values such as velocity component spectra and turbulence intensity are studied.The data were mostly obtained in cloudy condition, so that the stability parameter (L) and thermal flux (wt) did not vary diurnally while the turbulent energy and mean-temperature did. The basic characteristics of turbulence spectra are similar to those with fine weather, hems close to local isotropy in the inertial subrange. The velocity spectra agree with the law of "-2/3 th power"in Kolmogrov's similarity theory. The relationship between turbulent intensity of components δ_i/U (i=u,v,w) and stability Z/L is studied follow ins the Monim-Obukhov(M-O) similarity theory. It is shown that the two observe the law of "1/3 th power", though the turbulent intensity and energy are generally larger than those on the flat underlying topography.     

HEIFE绿洲和沙漠地区大气边界层湍流混沌特性研究

利用“黑河实验”期间张掖、沙漠观测站加强观测期间１９９１年６月２０日０９：００至１９９１年１０月２日０９：００时段内水平风速的观测资料,计算分析了有关测量混沌的特征量：关联维数。Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数和Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｗ熵。