夏季长江口及其邻近海域湍流特征分析

利用2019年7月在长江口科学考察实验研究夏季航段(NORC2019-03-02)中获得的MSS90L湍流剖面仪的直接观测数据,本文计算并分析了该断面的湍动能耗散率ε和垂向湍扩散系数K_Z的分布情况。湍动能耗散率的大小为1.72×10⁻¹⁰～2.95×10⁻⁵ W/kg;垂向湍扩散系数的大小为3.24×10⁻⁷～4.55×10⁻² m²/s。湍动能耗散率和垂向湍扩散系数的分布相似,均为上层最强,底层次之,中层最弱。上层由于风应力的作用,使得湍动能耗散率和垂向湍扩散系数较大;温跃层处层化较强,抑制了湍动能的耗散和垂向上的湍混合。盐度锋面的次级环流会促使低盐水团脱离,锋面引起的垂向环流会加强海洋的湍混合。低盐水团与外界的能量交换较少,湍动能耗散率较弱。长江口海区存在明显的上升流和下降流,它们是由锋面的次级环流产生的;上升流和下降流的存在促进湍动能的耗散与湍混合。     

MM5和ETA相似理论近地层方案对农田下垫面通量模拟比较研究

近地层湍流通量计算对于中尺度数值模式有重要意义,湍流通量的参数化是当前大气边界层研究的重要课题之一.选择青藏高原东缘大理观象台边界层通量观测系统,离线测试了WRF区域模式中的两种常用的近地层参数化方案(MM5相似理论非迭代方案A和ETA相似理论迭代方案B),并将参数化方案计算结果与边界层铁塔涡动相关法的观测值进行对比分析.在大理观象台观测场不同植被随季节交替的状况下,根据边界层铁塔4层高度风速拟合,发现近地层空气动力学粗糙度随季节变化特征明显.将拟合的空气动力学粗糙度输入模式参数化方案进行通量计算.结果表明:稳定度是影响近地层参数化方案精度的重要因素,在不稳定条件下方案B低估了动量通量,方案A优于方案B,而在稳定条件下方案A低估了动量通量,方案B优于方案A,两种方案总体来看误差不大.对于大理边界层通量观测场农田植被交替的环境条件,不同季节下垫面植被类型的差异,以及植被的稀疏对近地层参数化方案湍流通量计算结果的精度有显着影响.方案B考虑了空气动力学粗糙度z₀和热量粗糙度z_0h的差异,不稳定条件下感热通量计算结果在裸土或稀少植被条件下明显优于方案A.针对方案B不稳定条件下感热通量计算结果在裸土下垫面仍出现高估的现象,使用了Zeng等1998年提出的用辐射地表温度订正裸土下垫面感热能量方法后,计算结果也有明显改善.     

动态地幔柱尾管结构

动态地幔柱模式被广泛用于讨论地球科学中的一些重要课题,如巨大火成区的成因,冈瓦纳古陆解体的原因,板块内中小尺度动力过程的驱动因素等．但是这个基于实验研究而建立的模式中,忽略了地幔柱尾管特征及其作用．地幔柱尾管内温度和速度分布是研究地幔柱上升过程的必要条件．本文从控制尾管结构的基本方程出发,给出了一个定常轴对称地幔柱温度和速度分布的近似分析解．从而得到尾管结构的基本特征：影响尾管内温度分布的主导因素是地幔柱的热流通量,而尾管内上涌速度的大小则不仅取决于热流通量,主要是取决于地幔粘度随深度的变化方式．结果表明,对弱地幔柱,尾管的热损失可能是不可忽略的,而对强地幔柱,径向质量传递可能是不可忽略的.     

长江入河口区水沙通量变化规律

根据大通站１９５０－１９８５年的水、沙实测资料,运用统计分析方法研究长江入河口区水、沙通量的季节性变化、年际变化以及水、沙通量之间的关系。结果表明,长江入河口区的水沙通量有明显的季节性变化,其中沙通量的变化更为显著;丰水年很少连续出现,枯水年有７５％以连续两年的形式出现;多沙年的出现形式有１年出现一次的,也有２－３年出现的,少沙年基本上以连续２－３年的形式出现;水沙通量间的相关性较差,其中细颗粒泥     

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。     

北京地区一次强沙尘暴过程的大气边界层结构和湍流通量输送特征

利用中国科学院大气物理研究所北京325 m气象塔的风速和温度平均场观测资料和湍流资料,以及北京市气象台地面常规气象资料和逐日08:00和20:00(北京时间)的探空资料,分析了2002年3月18～22日沙尘暴过境前后北京城市边界层结构特征和湍流输送特征,结果表明:1)在沙尘暴爆发前,边界层中水平风速一直较小;气温较高,大气层结稳定,在边界层上部有强大的逆温层.随着冷锋过境,沙尘暴爆发,边界层中水平风速和平均湍流速度急剧增强;温度也突然变化,先迅速增强后又持续下降,逆温层迅速被破坏.2)沙尘暴初期,280 m上为系统性上升气流,而47和120 m则为系统性的下沉气流.随着沙尘暴爆发,湍流动能、向下传输的动量以及向上传输的感热也迅速增大,并且120 m高度的湍能、动量通量以及感热通量明显高于47和280 m,这与北京的局地环流有关.3)本次沙尘暴过程中,120和47 m层的摩擦速度都明显超过了北京的临界摩擦速度,表明局地起沙也是本次沙尘暴过程中北京沙尘的一个重要沙源.     

黄土高原复杂地形上边界层低空急流对近地层湍流的影响

利用中尺度气象数值模式（Weather Research and Forecasting Model,WRF）模拟风场,结合兰州大学半干旱气候与环境观测站（Semi-Arid Climate and Environment Observatory of Lanzhou University,SACOL）湍流观测资料,分析了黄土高原复杂地形上稳定边界层低空急流对近地层湍流活动的影响.黄土高原复杂地形上稳定边界层低空急流的形成与地形作用引发的局地环流有关.低空急流对近地层湍流活动有强烈影响,剪切作用使小尺度湍涡活动加剧,湍动能增大,同时非平稳运动被压制.低空急流发生时,观测数据有87.3%是弱稳定情形（梯度理查森数小于0.25）;而无低空急流时,对应时段的观测表明65.4%属于强稳定层结（梯度理查森数大于0.3）,非平稳运动造成湍流功率谱在低频端迅速增大.与无低空急流和弱低空急流情形相比,强低空急流发生时,近地层湍动能增大1倍,湍动能在垂直方向上的传递增大1个量级,且方向向下,约为-3 × 10-3 m3·s-3,湍流在上层产生并向下传递.     

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...     

动态地幔柱尾管结构

动态地幔柱模式被广泛用于讨论地球科学中的一些重要课题,如巨大火成区的成因,冈瓦纳古陆解体的原因,板块内中小尺度动力过程的驱动因素等．但是这个基于实验研究而建立的模式中,忽略了地幔柱尾管特征及其作用．地幔柱尾管内温度和速度分布是研究地幔柱上升过程的必要条件．本文从控制尾管结构的基本方程出发,给出了一个定常轴对称地幔柱温度和速度分布的近似分析解．从而得到尾管结构的基本特征：影响尾管内温度分布的主导因素是地幔柱的热流通量,而尾管内上涌速度的大小则不仅取决于热流通量,主要是取决于地幔粘度随深度的变化方式．结果表明,对弱地幔柱,尾管的热损失可能是不可忽略的,而对强地幔柱,径向质量传递可能是不可忽略的.     

磁层顶磁岛结构及其非线性行为

解析研究了磁层顶磁岛结构时间演化的非线性过程；推导出磁岛宽度的解析式和磁岛发生分叉、混沌的条件；论证了磁重联生成的磁岛有不稳定平衡结构，外扰作用会破坏该结构，使磁岛出现突变和混沌；说明了中小尺度太阳风脉动易使磁岛破碎，导致磁场湍动重联，形成小尺度结构．