弯曲槽道边壁振动情况下湍流特性的大涡模拟

为了更好地理解透平机械流道内能量耗散的机理和湍流结构变化,利用大涡数值模拟方法,数值试验了时、空做正弦振动的壁面所围成的弯曲槽道内的湍流流动。研究了6种不同的振动参数下,槽道内压力分布、近壁涡量以及其它相关湍流统计量的分布特性。计算结果表明,受展向壁面振动的影响,近壁区速度梯度增加,粘性底层变薄,湍流强度增加,能量耗散加大。该研究还发现壁面展向振动而引起的能量耗散主要依赖于近壁区粘性底层的展向涡量大小。     

夜间稳定边界层中小尺度地形激发的形式阻力和波动阻力

通过求解含有摩擦耗散的线性化大气动力学方程组,得到了在夜间稳定大气边界层中小尺度地形产生的波动阻力和形式阻力的解析解.结果表明边界层中的稳定度、风速和湍流状态、边界层厚度、上部残余层中的稳定度和风速以及地形高度和坡度,都会影响波动阻力和形式阻力的大小,应在数值模式的参数化方案中给予考虑.分析还表明,当地形坡度减到一定程度时,形式阻力可以忽略不计.     

2002年3月19日沙尘暴爆发条件分析

使用沙尘暴预报模式的输出资料,对2002年3月19～21日的一次特强沙尘暴过程作动力诊断分析。结果表明,该次沙尘暴由蒙古气旋后部冷锋锋生产生的偏西北大风引发。近地面风速的垂直切变和地面热通量的加大,都可使边界层湍流加强扬起地面沙尘。地面锋区附近风场的强水平切变,锋面垂直环流及锋后斜压转换的作用,将地面卷起的沙尘带到高空,引发强沙尘暴。     

戈壁地区夏季碳和水热循环及其湍流特征

本文利用2006年夏季大气边界层观测资料,采用涡动相关法分析了我国西北地区戈壁下垫面碳收支及水热循环的规律和特征,并分析了大气湍流特征.结果表明:夏季白天的CO2湍流通量呈逆输送特征,即CO2白天向下输送,夜间向上输送,平均数值为-0.199 mg·m-2·s-1,整体上表现为碳汇;戈壁地区湿度小,其数值受水平来流的影响较大,日变化特征不明显;温度的归一化标准差与稳定度参数的关系满足Monin-Obukhov Similarity (MOS)理论;温度和CO2的能谱相似;互谱uc与uθ,wc与wθ相似;水汽和CO2的输送主要受水平方向湍流的影响.     

近地层能量闭合度对陆面过程模式影响

大量近地层观测试验表明,利用涡动相关法观测的湍流通量小于近地层可利用能量,即近地层能量是不闭合的,这种不闭合度一般为20%甚至更高.而陆面过程模式是基于地气间能量平衡建立,并且模式中的湍流边界层参数化方案通常根据实际观测的湍流通量来确定,因此能量不闭合必将对陆面过程模式造成一定的影响.本文利用2007年春季SACOL站的近地层观测资料,依据能量守恒将能量不闭合中的残余能量通过波文比分配到观测的湍流通量中,即修正涡动相关法观测的湍流通量使得近地层能量达到平衡;之后分别利用观测和修正的湍流通量,建立了能量不闭合和闭合情形下的湍流参数化方案,借助陆面过程模式SHAW,通过数值模拟和对比分析方法考察近地层能量闭合度对陆面过程模式的影响.研究结果表明近地层能量闭合对陆面过程模式有显著的影响:在陆面过程数值模拟中,当应用近地层能量不闭合的湍流通量形成的湍流参数化方案时,陆面过程模式会明显高估地表长波辐射及土壤温度;但当应用修正湍流通量使得近地层能量达到闭合形成的湍流参数化方案后,在不改变任何地表土壤物理生化属性的情况下,陆面过程模式能较好地模拟地表长波辐射和土壤温度.     

青藏高原东南部昌都地区近地层湍流输送的观测研究

利用我国1998年第2次青藏高原气象科学试验 (TIPEX) 昌都的湍流观测资料, 初步分析了三维风速、温度和湿度湍流谱、归一化方差与稳定度的关系、湍流通量和整体输送系数.结果表明, 白天标准化的湍流谱大多数满足2/3次方定律.风速方差与稳定度的关系在不稳定条件下基本服从1/3次方定律, 但水平风速方差比垂直速度方差与稳定度的关系离散.中性层结下的A、B值比平原地区大, 与起伏地形的值接近, C值与平原地区和起伏地区的差异不大.温度和湿度方差与不稳定层结的关系基本满足1/3次方定律, 而在稳定层结下的关系均无明显规律.湍流通量在干湿期转换中有突变现象, 干期的动量和热量通量均大于湿期, 热源强度以感热为主, 占80%.湿期热源强度明显增大, 其中以潜热为主, 占热源强度的60%.整体输送系数与稳定度的关系明显, 拟合得到的中性层结条件下的CDN和CHN分别为4.40×10-3和4.70×10-3, 其结果大于高原中、西部的同期观测值.     

木星Io通量管中等离子体湍流及低频无线电波的激发和功率

本文对木星极区（1000—6000公里）Io通量管中的等离子体湍流和低频无线电波的激发机制进行了理论分析,并对它们的能量密度作了数值估计。指出:在Io通量管中可能存在着两种主要的不稳定性,一是电流驱导不稳定,这种不稳定可以激发离子声湍流,离子声湍流通过离子的非线性散射可以转化为哨声湍流。这两种湍流的能量密度大致相等,约为10-17—10-16焦耳/厘米3。另外一种不稳定性是由于高能粒子沉降引起的束流不稳定,可以激发朗缪尔湍流和迴旋频率等离子体湍流,能量密度分别为10-17焦耳/厘米3和10-14焦耳/厘米3的量级。这两种湍流可转化为低频无线电波,最大的能通量可达10-22—10-20瓦/厘米2·赫兹。     

黑潮延伸体区跨等密度面湍流混合的次季节变化

海洋中的跨等密度面湍流混合对于热量和淡水输送、翻转环流以及全球气候变化都有重要影响,理解跨等密度面湍流混合的变化对于改进气候模式模拟和预测大尺度海洋环流的能力具有重要作用.基于细尺度参数化方法,本文利用黑潮延伸体区的一个长期潜标K7观测,对跨等密度面湍流混合的次季节变化进行了分析.结果 表明,在2004年6～9月,30...     

近地层内湍流特征量的参数化研究

以地表能量收支平衡方程为基础,将地表通量同近地层内的常规气象资料联系起来,模式要求输入地面风速、温度和总云量等常规气象观测资料,输出近地层的湍流特征参数U* 、θ* 、L和参数化的地表通量（净辐射、感热通量、潜热通量和土壤热通量）,澳大利亚Wangara试验资料被用来检验了该模式。计算结果和实际资料吻合较好。     

关于动力Alfven波的色散与朗道阻尼

根据完全动力论理论,证明了可由简化漂移动力论方程求得动力Ａｌｆｖｅｎ波色散方程,即横向用磁流体力学方程,纵向用Ｖｌａｓｏｖ方程,在初级近似下由此推导出适合于日冕和太阳风的色散关系和Ｌａｎｄａｕ阻尼,得到在性质上与ＭＨＤ　Ａｌｆｖｅｎ波完全不同的动力Ａｌｆｖｅｎ波,太阳风中Ａｌｆｖｅｎ湍流很容易由动力Ａｌｆｖｅｎ波演化而来。提出由动力Ａｌｆｒｅｎ波构筑太阳风高速流模型将更符合观测结果。