国家自然科学基金(40575005)
- 作品数：8 被引量：37H指数：4
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- 相关机构：中国科学技术大学南京大学中国科学院更多>>
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- 非均匀下垫面对流边界层热通量特征的物理模拟研究被引量：2
- 2009年
- 利用对流水槽,通过在底面设置马赛克状隔热覆盖物,模拟热力非均匀下垫面对流边界层的发生发展.在对流边界层发展的同时,利用温度廓线测量仪器分别测量不同下垫面的温度廓线,获取不同时刻温度场的数据,由此计算了热通量廓线。结果表明,非均匀下垫面对流边界层的归一化热通量随高度表现出非线性特征,即具有上凸和下凹的特征。上凸和下凹特征随时间出现振荡,这明显不同于均匀下垫面的情形。从热通量等值线图上可以看出,总体平均的热通量廓线振荡较小,局地热通量廓线振荡较大,而且下垫面未覆盖区域的热通量廓线比覆盖区域振荡的频率更高、振幅更大。这表明,非均匀下垫面条件下的对流边界层和均匀下垫面条件下的对流边界层的湍流结构有很大的不同。热力非均匀下垫面湍流特征呈现出一些均匀下垫面所没有的物理特性。在均匀下垫面得到的边界层的参数化规律不能简单地用于热力非均匀下垫面的对流边界层发展过程。水槽模拟的结果可以为数值模拟和野外观测提供有益的参考。
- 吴徐平罗涛袁仁民卢超郭云谦李义宝
- 关键词：非均匀下垫面对流边界层热通量
- 城市大气边界层的综合观测研究--实验介绍与近地层微气象特征分析被引量：21
- 2009年
- 介绍了南京大学大气科学系依托国家自然科学基金重点项目《城市边界层三维结构研究》在南京进行的两次城市边界层综合观测实验(时间分别在2005年夏季与2006年冬季),对实验所获观测资料进行了初步分析,获得了一些城市近地层微气象学的基本特征,并对结果进行了讨论.主要结果为:市区气温明显高于郊区,体现出城市热岛效应的存在,且市区与郊区的气温差异随高度的增加而减小;2006年冬季观测期间,市区的风速比郊区约小1 m/s,反映出城市建筑物对气流的摩擦、阻尼和拖曳等作用,这些作用使得平均风速在城市上空衰减,并使一部分气流平均动能转化为湍流动能;市区白天的感热通量与郊区相当,但潜热通量远小于郊区,因此市区的鲍恩比远大于郊区.市区下垫面储热项在地表能量分配中占有较大份额,成为城市热岛效应的主要成因;夏季观测期间,市区摩擦速度均值比郊区高34%;冬季观测期间,市区摩擦速度均值比郊区高23%.这种夏季大于冬季、市区大于郊区的现象表明,由于冬/夏热力学性质和城/郊下垫面动力学性质的不同而引起湍流活动的差异;为了定量地衡量气流平均场转化为湍流场的效率,表述动量输送的强弱,我们引入了一个新的变量:归一化摩擦速度.对冬/夏两季和城/郊两地的比较发现,归一化摩擦速度具有很好的相似性和一致性,它表现为一个不随季节和时间变化的常数;通过比较水平湍流方差2uσ+2vσ与垂直湍流方差2σw的方法,来更直观地研究湍流能量在水平和垂直两个方向上的分配特征.在2006年冬季观测期间,市区的2σw/(2uσ+2vσ)平均值为0.16,郊区为0.14,市区湍流能量在垂直方向所占份额略高于郊区.
- 刘罡孙鉴泞蒋维楣刘红年袁仁民罗涛
- 关键词：城市边界层近地层微气象特征
- 正交小波变换研究复杂下垫面边界层的湍流特征被引量：4
- 2008年
- 小波变换方法具有较好的时频局部特性,非常适合于分析非平稳的湍流信号。本文对35 m铁塔的超声风速测量数据进行了离散正交小波变换,计算了各向同性系数(ISO isotropy coefficient)及小波功率谱,以此对实验场所代表的水陆交际复杂下垫面的近地面层湍流特征进行了研究。ISO系数可以很好地描述实际大气在不同尺度的各向同性特征。根据ISO系数的分布,我们可以通过设定一定的阈值(ISO=0.7)来得到各向同性小涡的分离尺度(记为ISO0.7),即湍流的各向同性尺度范围。研究表明,下垫面对于边界层湍流各向同性特性具有相当大的影响,当风从不同下垫面吹过时ISO0.7尺度的均值具有较明显的差异。同时湍流度和稳定度对湍流各向同性也有一定的影响。对湍流小波功率谱研究表明,功率谱谱幂率在分离出的小涡所处的频段接近于-5/3。而当风从陆面吹过且湍流度较弱时,湍流小波功率谱小涡以分离尺度所对应的频率(fms)为界具有明显的两段趋势:高于fms的频段,谱幂率一般接近-5/3;而低于fms的频段的谱幂率接近-3/3。这反映了下垫面特征对湍流功率谱的影响。同时在不同的风向转变过程中下垫面对功率谱的影响具有差异。
- 罗涛袁仁民吴晓庆邓淑梅
- 夹卷层厚度参数化的物理模拟研究
- 对于归一化夹卷层厚度?hzi,已有的参数化方案是建立?hzi与理查森Ri之间的指数对应关系。对于理查森Ri的具体形式和Ri所满足的幂次律,不同的研究给出的结果有很大的差异。本文利用对流水槽实验模拟了大气对流边界层的发展过...
- 吴徐平袁仁民罗涛卢超孙鉴泞
- 关键词：参数化对流边界层湍流
- 文献传递
- 复杂下垫面近地面层湍流特征的研究被引量：4
- 2008年
- 本文使用小波变换方法研究了下垫面对近地面层湍流特征的影响.研究表明,各向同性系数(ISO)可以很好的描述近地面层湍流各向同性特征的日变化,其中,ISO0.7等值线可以作为一条代表性曲线来直观刻画湍流各向同性的尺度范围.在对不同风向及风向转变过程中ISO0.7等值线的变化特征进行研究后发现,ISO0.7尺度范围主要受源区下垫面特征的影响:当风从陆面吹来时,ISO0.7尺度较小;从水面吹来时ISO0.7尺度较大;而从水陆混合下垫面吹来时ISO0.7尺度介于陆地和水面之间;当风向在水面风和陆面风不断转变并达到均衡时的情况与水陆混合下垫面的情况较为接近;当风向持续从一种新下垫面吹向原下垫面时,ISO0.7将逐渐从原下垫面对应的尺度范围过渡新下垫面的尺度范围.
- 罗涛袁仁民吴晓庆蒋维楣
- 关键词：复杂下垫面近地面层小波变换
- 热力非均匀下垫面对流边界层流场结构特征研究被引量：3
- 2009年
- 利用对流水槽成功模拟热力非均匀下垫面对流边界层的发生发展.仿照数值模拟中常用的马赛克方法在对流水槽的底部铺了一些导热率缓慢的材料(橡胶薄板),使下垫面的加热存在差异,进而产生非均匀加热。利用温度廓线和准直光系统共同决定边界层顶部的位置和对流速度尺度.采用PTV测量技术获得高精度的二维流场,看到流场具有复杂的空间结构和尺度特征。相对于均匀下垫面来说,底部的非均匀加热使得混合层湍流的组织性得到加强,具有稳定的环流结构。非均匀下垫面对流边界层的方差随高度的变化曲线与均匀下垫面的特征明显不同。为了分析非均匀下垫面对流边界层的环流特征和水平输送对湍流变化的贡献,计算了湍流动能的湍流输送。计算结果表明,加热开始不久,由于不同下垫面的的温差较大,水平输送也较大;而当一段时间后,温差变小,水平输送也变小了。由此可以看出非均匀下垫面对流边界层的水平输送依赖于下垫面的非均匀强度。
- 袁仁民罗涛吴徐平卢超孙鉴泞刘辉志
- 关键词：对流边界层
- 夹卷层大尺度相干结构运动特征的室内模拟研究
- 2009年
- 大尺度相干结构是大气边界层中一种重要的物理现象。本文利用室内水槽模拟方法模拟对流边界层的发生发展,利用实验获取的光斑图像对夹卷层大尺度结构进行了研究。通过分析实验采集的光斑图样中大尺度相干结构的闪烁特性,发现其对应于光斑中长而亮的条纹,而在闪烁指数廓线中对应于峰。根据大尺度结构的这种闪烁特征,本文提出了一种空间相关方法计算其垂直平均速度,并对大尺度结构的运动特征进行了分析,结果表明,边界层顶部热泡以缓慢运动为主,其驱动了边界层顶部的发展。
- 罗涛袁仁民卢超吴徐平孙鉴泞
- 关键词：光斑
- 地表非均匀加热条件下边界层湍流特征的实验研究被引量：2
- 2008年
- 在下垫面非均匀加热条件下进行对流边界层的水槽模拟实验，并与下垫面均匀加热条件下的情形对比，研究地表热力非均匀性对边界层湍流特征的影响．结果表明，地表的非均匀加热使得混合层湍流的组织性得到加强，湍流涡旋结构的空间分布比较稳定，湍流强度也有明显的增强．进一步分析表明，对流边界层的发展受到下垫面热力非均匀尺度的影响，在对流边界层的发展过程中，当边界层高度为下垫面非均匀尺度的1．3～1．4倍时，夹卷速度（即边界层高度的抬升速度）最小．
- 李自鑫孙鉴泞袁仁民罗涛
- 关键词：对流边界层湍流特征
- 对流边界层顶部夹卷层厚度特征及其参数化分析被引量：5
- 2008年
- 运用大涡模拟结果分析并讨论了对流边界层顶部夹卷层厚度特征及其参数化.常见的参数化方案是建立归一化夹卷层厚度与对流理查森数(Ri*)之间的指数对应关系,但不同研究结果得到的幂指数有很大差异.分析表明:"Ri*方案"本身是造成这种不确定性的原因;另一种理查森数(RiN),即浮力理查森数,可以较好地表征夹卷层厚度.大涡模拟结果表明:"RiN方案"能够有效地减小夹卷层厚度参数化的不确定性.为消除湍流随机性对参数化的影响,我们对大涡模拟结果进行了时间平均处理,并用所得数据讨论了夹卷层厚度与浮力理查森数之间的关系.结果表明:两者之间有很好的指数对应关系,平均幂指数为-2/5;计算结果同时显示,幂指数仍然存在一定的变化范围(-1/3^-1/2).夹卷层厚度的这种特性反映出夹卷过程的复杂性,即兼有热泡和界面振荡的特征.
- 林恒孙鉴泞袁仁民
- 关键词：参数化理查森数大涡模拟
