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.     

湍流大气中光波的波结构函数

波结构函数是描述光波在湍流大气中传输的一个重要参数,因而波结构函数的精确测定并合理地选择理论模型的工作很有意义。本文简要地讨论了用检测光外差系统信噪比的方法检验并合理选择波结构函数的理论模式。实验结果表明:在近地面层内,根据常用的Kolmo-gorov三分之二次方定律建立的波结构函数存在一定的局限性,尤其在湍流强度加大时,与实际测到的波结构函数偏离更大。而以修正了的 von Karman谱为基础的 Lutomirski和 Yura的波结构函数的理论结果描述近地面的湍流特征比较合适。     

大气湍流场中温度场结构的基本问题

本文在考虑湍流能量耗散率和温度不均匀性平滑率是变量的基础上,得到了大气湍流场中新的温度结构函数公式,它比“2/3”定律多一个修正因子[1+M_1~2(r)]~(2/9)。应用湍流能量耗散率谱的观测资料对修正因子作了估计。     

湍流大气中水平风速模涨落的相关

推导出湍流度不大时,水平风速模涨落的相关,方差等量与分量风速涨落相应量联系的近似式。計算表明,在大气湍流微結构研究通常遇到的湍流度下,模量的相关与順风分量相关差不多. 說明了小尺度大气湍流中,风速模涨落的空間相关也可以近似地以时間相关来代替. 討論了推导时引入的附加条件在大气中的合理性。     

大气对流边界层中热力湍流过程的研究

本文利用实测资料讨论了对流边界层内的湍流结构,重点分析复盖递温层附近风速和温度的方差以及垂直速度三阶矩的垂直分布。此外,还讨论了对流边界层顶部附近温度的垂直分布,得出温度梯度随高度分布呈—2次幂关系。     

湍流边界层中平流与大气运动的动能耗散

本文从边界层运动方程出发,利用地转动量近似解析地给出了根据宏观外参数来求正压边界层中动能耗散的公式,得到了地转风及其平流与局地时变项及纬度的影响。指出了变性能量依赖于气压系统,改进了对变性能量的认识。本结果可直接应用于大尺度模式中以估计边界层的动能耗散,因而对大气动能平衡的研究,对从能量观点研究天气系统的生衰,发展有一定意义。     

大气边界层中湍流扩散问题的随机微分方程处理

本文在对湍流扩散机理进行分析的基础上,提出用IT(?)·K随机微分方程来描述湍流扩散过程,并导出了大气边界层中连续点源扩散浓度分布的一般形式。其一级近似可以用初等函数来表示,它的特例与污染气象学中常用的模式是一致的。 另外,本文所给出的一般形式还可以包容地转风和重力沉降等作用对扩散的影响,并具体给出了它的一级近似表达式。     

大气折射率起伏对雷达波的散射

研究大气折射率起伏对雷达波的散射时,得到的主要結果有以下两点: 1.在适当的大气条件下,折射率起伏构成的后向散射波能够超出一般雷达的灵敏度之上,它的量級正好和雷达观測到的气象“仙波”相同.根据这一結果和其他事实,作者认为起伏的后向散射可能是形成气象“仙波”的重要机制。 2.推导了表示雷达波在折射率有起伏的介貭中传播时,强度随距离变化的方程式,結果发現:一般情况下,散射效应不致引起波的强度的显著变化.但是,当大气折射率起伏的尺度长較小、輻度較大、并且雷达波瓣較窄时,散射效应会引起波瓣的加寬。     

大气湍流的混沌吸引子特征

采用时间延迟技术,利用高性能的超声风温仪和红外湿度脉动仪所测得的大气湍流脉动资料,重构相空间中的湍流吸引子,估算了其相关维D2和最大Lyapunov指数λ1。结果表明,在不同地点、不同时间以及不同大气稳定度条件下,大气湍流的最大Lyapunov指数λ1均大于零,说明大气湍流的确具有混沌特征,且存在低维奇怪吸引子,其维数在3～7之间,视变量的不同(动力变量还是非动力变量)而不同,且受大气稳定度影响。首次使用了湍流动能来重建湍流吸引子。     

Probability of received-power fluctuation of an optical system in the turbulent atmosphere

The probability of received-power fluctuation in the turbulent atmosphere is discussed with a simple and yet reasonable model for a direct-detection optical system. Good agreement was found between the theore-tical results and the field experiment. Thus the analysis in this paper may be taken as a guide for the design of atmospheric optical system.     

Optical and millimeter line-of-sight propagation effects in the turbulent atmosphere

This paper reviews the effect of clear-air turbulence on line-of-sight electromagnetic propagation, with particular attention paid to remote probing. General relations for the amplitude and phase covariance function of an electro-magnetic wave propagated over a line-of-sight path are given. It is shown that theoretically it is possible to invert measured quantities such as the amplitude covariance function to obtain information about the refractive index spectrum, or the intensity of the refractive index fluctuations along the path. However, it is shown that practical considerations may make these theoretical possibilities difficult to achieve in practice.     

Review of Lagrangian stochastic models for trajectories in the turbulent atmosphere

We review the theoretical basis for, and the advantages of, random flight models for the trajectories of tracer particles in turbulence. We then survey their application to calculate dispersion in the principal types of atmospheric turbulence (stratified, vertically-inhomogeneous, Gaussian or non-Gaussian turbulence in the surface layer and above), and show that they are especially suitable for some problems (e.g., quantifying ground emissions).     

The optical thickness of the molecular atmosphere

Rayleigh's original expression for the extinction coefficient is modified so that it can be used with respect to thestratified atmosphere composed of two or more gases mixed in a proportion that changes vertically. Using a model of the earth's molecular atmosphere based on the most recent rocket data available, some numerical values of this extinction coefficient are tabulated as a function of height, for three wavelengths (375, 520 and 835 m). By an integration of these values with respect to height, the normal optical thickness of the atmosphere is evaluated for different levels up to 30 km, and tabulated in sufficient detail to ensure a more accurate knowledge of this parameter than hitherto. The effect of seasonal changes in atmospheric density on the optical thickness is also determined. The expression for themass extinction coefficient derived on the above basis shows that it should be very nearly constant with respect to height in the stratified molecular atmosphere, and it is suggested that this might be used as an independent-check of upper atmospheric densities determined by other methods.

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Zusammenfassung Rayleighs ursprünglicher Ausdruck für den Extinktionskoeffizienten wird so abgeändert, daß er auch auf einegeschichtete Atmosphäre Anwendung finden kann, in der zwei oder mehr Gase in einem Verhältnis gemischt sind, das mit der Höhe variiert. Unter Benützung eines auf den neuesten Raketenaufstiegen beruhenden Modells für die Rayleigh-Atmosphäre werden Zahlenwerte des Extinktionskoeffizienten für drei verschiedene Wellenlängen (375, 520 und 835 m) als Funktion der Höhe mitgeteilt. Durch Integration dieser Werte über die Höhe wird die normale optische Schichtdicke der Atmosphäre für verschiedene Niveaus bis auf 30 km berechnet und der Einfluß der jahreszeitlichen Schwankungen der Dichte der Atmosphäre auf die optische Schichtdicke ebenfalls bestimmt. Es zeigt sich, daß der in dieser Weise berechnete Ausdruck für denMassenextinktionskoeffizienten hinsichtlich der Höhe in einer geschichteten, molekularen Atmosphäre nahezu konstant sein muß, und es wird vorgeschlagen, daß diese Tatsache zu einer unabhängigen Kontrolle der nach anderen Methoden bestimmten Luftdichten der hohen Atmosphäre benützt werden sollte.

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Résumé On modifie la formule primitive de Rayleigh experimant le coefficient d'extinction pour arriver à une forme applicable àl'atmosphère stratifiée et composée par deux ou plusieurs gaz dont la teneur a une variation verticale. On arrive à quelques valeurs quantitatives en utilisant un modèle de l'atmosphère moléculaire basé sur les données les plus récentes obtenues au moyen de fusées; ces valeurs sont présentées en fonction de la hauteur et pour trois longueurs d'onde (375, 520 et 835 m). Après une intégration par rapport à la hauteur on obtient l'épaisseur optique de l'atmosphère pour divers niveaux jusqu' à trente km; le détail numérique fournit une plus grande précision dans la connaissance de ce paramètre que jusqu' ici. On a aussi déterminé l'effet des variations saisonnières de la densité de l'atmosphère sur l'épaisseur optique. La formule pour lecoefficient d'extinction par unité de masse, obtenue par cette méthode, montre que ce coefficient doit être presque constant par rapport à la hauteur dans l'atmosphère moléculaire stratifiée et on propose la possibilité de l'utiliser comme contrôle indépendant des densités atmosphériques dans les hautes régions, déterminées par d'autres moyens.

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With 1 Figure.

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U. C. L. A. Department of Meteorology, Research Paper No. 28. The research reported in this document has been sponsored in part by the Geophysics Research Directorate of the Air Force Cambridge Research Center, Air Research and Development Command, under Contract No. AF 19 (122)-239.     

The local atmosphere and the turbulent heat transfer in the Eastern Himalayas

To understand the local atmosphere and heat transfer and to facilitate the boundary-layer parameterization of numerical simulation and prediction,an observational campaign was conducted in the Eastern Himalayas in June 2010.The local atmospheric properties and near-surface turbulent heat transfers were analyzed.The local atmosphere in this region is warmer,more humid and less windy,with weaker solar radiation and surface radiate heating than in the Middle Himalayas.The near-surface turbulent heat transfer in the Eastern Himalayas is weaker than that in the Middle Himalayas.The total heat transfer is mainly contributed by the latent heat transfer with a Bowen ratio of 0.36,which is essentially different from that in the Middle Himalayas and the other Tibetan regions.     

低层大气光学厚度的一些特征

本文利用定时激光探测资料,分析了华北秋季晴天低层大气分层光学厚度的一些特征,并对大气光学厚度的计算方法和误差因素进行了讨论.初步分析结果表明:(1)低层大气光学厚度与气团属性有很密切的关系;(2)在白天,随对流发展、气溶胶由下向上输送的高度可超过3公里,最大输送在2公里以下;(3)消光系数的垂直结构具有明显的日变化;(4)光学厚度与地面水平能见度不呈简单的对应关系.     

Measurements of the log-irradiance distribution of a laser wave propagated through the turbulent atmosphere

Log-irradiance fluctuations of He-Ne laser light were simultaneously measured at three different points in the receiving plane. The cumulative probability distributions of log-irradiance show excellent agreement with the Rice-Nakagami distribution in the region of weak fluctuations. The irradiance distributions strongly depend upon the locations of the observing points with respect to the center of the beam, as expected from recent theory.     

我国地表面和大气间的湍流热交换量的研究

一、引言 由于地面增热不均,形成地表和大气间的热力差异,为了达到热量平衡,便导致湍流热交换的产生,湍流热交换量不仅是热量平衡中的重要分量之一,而且表示了大气层结的稳定性,大气中各物理量的输送和交换能力,从而反映了天气与气候的形成过程和变化特征。