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沙漠地区风速谱和温度谱特征分析

温雅婷  焦冰  何宏让  王春明  
【摘要】:湍流是大气和地表之间物质能量交换的重要途径之一。它不仅与大气稳定度、动力、热力及地形植被有直接关系,而且对与人类生活紧密联系的许多活动,如沙漠化问题的防治、大气污染、风能利用、航空安全保障、高层建筑物设计等也有着不可忽视的作用。大气湍流是一种高频微尺度运动,其强度用湍流能谱密度表示。湍流谱分析不仅可以了解不同尺度涡旋对湍能贡献的相对大小,同时对深入探讨近地面层物质、能量的输送机制也有重要意义。本研究利用塔克拉玛干沙漠腹地湍流观测资料,计算并分析了不同稳定层结条件的湍流速度谱、温度谱及局地各向同性特征,并与其他复杂非均匀下垫面的实验结果进行讨论比较。结果表明:不同稳定层结条件下,速度谱和温度谱在低频段分布较离散,高频段相对集中,满足Kolmogorov的-2/3指数规律。稳定层结时分布更集中,且与-2/3指数律的符合程度更好,相关系数更高;近中性条件时,T谱在高频段有尾部上翘现象;弱不稳定条件时,速度谱在高频段也有同样上翘现象,且上翘幅度以w谱最显著,v谱次之,u谱略好。稳定情况下的v谱和近中性条件的u谱、T谱在低频处也有上翘现象,且层结越稳定v谱的上翘幅度越大;不同稳定层结条件下,湍流谱在高频段均能很好满足各向同性,符合湍流各向同性的低频限制理论;沙漠腹地水平湍流尺度范围介于森林和草地之间,不稳定层结比稳定层结的谱峰更偏向低频端,且峰值尺度更大。

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