稳定条件下盆地上空大气边界层湍谱特征

本文利用100m~3系留气艇携带超声风温仪在复杂的盆地地形上空对1000m以下大气进行观测所获得的资料,研究小风稳定条件下大气边界层湍流结构特征。结果表明,在双对数坐标中,纵向速度u谱,垂直速度w谱,温度T谱在惯性区均遵循Kolmogorov的-2/3次律;横向速度V谱有其特殊的情形;协谱uw,wT及近地层的uT协谱在惯性区服从-4/3次律。和平坦、均一、开阔下垫面不同的是谱的峰值频率向高频移动,且没有发现近地层具有的谱峰随高度的明显变化关系。     

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.     

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。     

北京冬季大风过程大气边界层特征分析

利用北京中国科学院大气物理研究所325 m气象观测塔的气象梯度资料和湍流资料,分析了2014年11月29日至12月5日北京两次大风过程中气象要素和湍流输送特征的变化。第一次大风过程的强度和持续时间均高于第二次大风过程。强烈的风速垂直切变主要集中在距地面100 m高度范围内,最强风速垂直切变达到0.31 s~(-1)。大风过程中,阵风系数呈现随高度减小的趋势,越接近地面,阵风系数愈大。阵风强度的变化与阵风系数相似,100 m以下高度时,阵风强度随高度增大而减小。大风过程自上而下改变边界层结构,平均动能、湍流动能和摩擦速度最先从上层(280 m)发生变化且迅速增加。近地层由于风速垂直梯度的显著差异,近地层垂直方向的湍流强度最大。大风时各功率谱在低频区(0.01 s~(-1))达到峰值,大风过后各高度的能量都有所下降。     

大气边界层和大气环境研究进展

大气边界层物理和大气环境是大气科学的重要领域,中国科学院大气物理研究所自成立以来在这一研究领域取导了丰硕的成果.作者重点介绍最近十多年来在大气边界层探测、大气边界层结构特征、大气湍流理论、城市和区域大气污染预测预报模式研究等方面取得的重要进展,并对大气边界层和大气环境研究的未来发展作了展望.     

大气边界层物理研究进展

本文总结了近4年来(2009～2012)中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室在大气边界层物理理论、观测实验、数值模拟和超声风速温度仪等仪器研制领域的主要研究进展,并对未来几年内大气边界层物理的发展方向提出了一些建议.     

边界层大气大湍涡模拟（LES）方法的研究进展

近年来大湍涡模拟（ＬＥＳ）日渐成为研究边界层大气湍流特征的有效方法，本文介绍了ＬＥＳ技术与“直接”模拟及雷诺平均模拟方法间的关系。ＬＥＳ技术的发展现状以及次滤波尺度模型的研究进展，文中还概括介绍了ＬＥＳ技术在天气预报与气候模型中的应用前景。     

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。     

SPECTRAL CHARACTERISTICS OF SURFACE-LAYER TURBULENCE OVER THE SUBURBS OF TIANJIN

The paper computed the spectra of velocity and temperature,and the cospectra of velocity and temperature by theobservational data of July,1990 in the suburbs of Tianjin.The results show that the characteristics of the atmosphericturbulence spectra over the suburbs are basically in accordance with some typical results over the flat terrain.But thescale,on which turbulence can satisfy the isotropic condition,over the suburbs is larger than over the flat terrain.Thespectrum peak frequency range is a bit narrower.The feature of the spectrum range in low frequency(LF)is out ofaccordance with that of the flat terrain either.     

SPECTRAL CHARACTERISTICS OF SURFACE-LAYER TURBULENCE OVER THE SUBURBS OF TIANJIN*

The paper computed the spectra of velocity and temperature,and the cospectra of velocity and temperature by the observational data of July,1990 in the suburbs of Tianjin.The results show that the characteristics of the atmospheric turbulence spectra over the suburbs are basically in accordance with some typical results over the flat terrain.But the scale,on which turbulence can satisfy the isotropic condition,over the suburbs is larger than over the flat terrain.The spectrum peak frequency range is a bit narrower.The feature of the spectrum range in low frequency(LF) is out of accordance with that of the flat terrain either.     

热带沿海近地层大气的湍流结构和谱特征

利用１９９０年在海南省海口市天尾村的一次观测的资料，分析了速度分量谱、湍流强度等湍流特征量。这批资料多是有云影响情况下，稳定度参数（Ｌ）与热通量（ｗｔ）没有日变化规律，但湍能、平均温度仍具有日变化规律；湍谱的基本特征与晴天天气的谱基本相似，在惯性副区接近局地各向同性，速度谱符合相似理论的“－２／３”次方规律；根据Ｍ－Ｏ相似理论，探讨了各分量湍强δｉ／Ｕ＊（ｉ＝ｕ，ｖ，ｗ）与稳定度Ｚ／Ｌ的关系，表明各分量湍强与稳定度Ｚ／Ｌ仍具有“１／３”次方规律，但湍强和湍流能量比一般平坦地形下垫面的大     

南京市近地层湍流结构及输送特征研究

本文利用"城市生物气溶胶研究”中的超声风温仪观测资料,对南京市近地层大气的湍流强度、相关系数、速度谱及通量输送等进行研究,得到南京市近地层湍流结构及输送特征的一些结论.     

SOME MEASUREMENTS OF TURBULENCE CHARACTERISTICS OVER COMPLEX TERRAIN

Results are presented from a windturbulence measurements campaign at the summit of ahill in complex terrain in Andros island (Greece)where a wind turbine park has been constructed. Meanturbulence parameters and power spectra from three 30 mmasts located at the summit, upwind and downwind ofthe hill are analysed to ascertain the differencesfrom respective parameters in flat terrain and toassess the influence of the irregular topography. Thevariances of the horizontal (vertical) wind components are found tobe smaller (larger) than the onesfrom flat terrain. Of the available correlations forthe power spectra, the Von Karman one was found togive better results, although the low frequency partsshow pronounced lags. The asymmetry of the upwindterrain for different wind directions and especiallyits slope is clearly felt both by variances and byspectra. This influence, as expected, is found toincrease with increasing stability. These results havean important significance for wind turbine design andwind energy utilisation.     

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。     

粤东复杂地形上空的大气湍流强度及扩散参数

在具有复杂下垫面的粤东梅州市采用追踪平衡球的双经纬仪观测和美制ＧＩＬＬ三轴风速仪观测，分别测定了该地区拉格朗日系统和欧拉系统的湍流脉动量。然后用不同参照系的泰勒公式，分别计算出大气的水平和垂直的湍流强度及扩散参数，并与ＰＧ法之计算值和ＢＮＬ实验结果比较，发现距地面１００ｍ以上高空在各类稳定度层结条件下大气扩散参数均比ＰＧ值和ＢＮＬ值偏大。     

近地层湍流特征及其在扩散模拟中的应用

利用１９９４年９月北京市郊３２５ｍ气象观测塔在４７ｍ和１２０ｍ两层高度上的湍流观测资料。计算分析了城郊粗糙下垫面上近地层湍流特下量,湍流尺度和不同层结下的湍谱,得出了近地层的一些湍流特性。