黄土高原塬区近地面层大涡多点观测研究

文章从涡动相关法原理出发,建立了一套复杂条件下的多点湍流观测分析方法,旨在发展复杂条件下的大气边界层湍流理论.该方法首先检验了近地面层湍流全尺度观测的各态历经性,证明利用四点湍流观测,小于60min尺度的涡旋都易于满足各态历经性.同时,试验对比单点和上下游两点所确定的水平风速湍流二阶结构函数,直接验证了湍流观测的各态历经性.与单点观测相比,四点观测资料确定的水平风速二阶结构函数和湍流谱所描述的湍流结构更加一致,这证明了多点观测的合理性.同时,四点观测提高了近地面层湍流谱和垂直湍流通量的估算精度.将单点和四点资料分析相结合能更全面、更细致地描述湍流的三维结构.因此,在不考虑水平均匀和定常条件下,四点湍流观测法更准确地揭示了白庙塬纵向和垂直风速湍流具有典型湍流谱结构,而且谱隙清晰.谱隙尺度与6h资料确定的湍流谱隙尺度相一致.横向风速受地形影响,其大尺度涡旋谱有较大波动,但谱隙仍然清晰.与纵向和垂直风速湍流谱隙尺度一致,温度谱的谱隙虽然不清晰,但同样具有典型大气边界层湍流谱结构特征.

黄土高原复杂地形条件下湍流观测的各态历经性检验

为了揭示黄土高原复杂地形条件下湍流涡旋的分布特征,提高湍流观测的精度,湍流的各态历经性研究随即成为实验研究的首要问题.文章利用甘肃省平凉市白庙塬地形条件下单点湍流观测的结果,对比分析并揭示了从稳定层结到不稳定层结,除小于10min尺度的湍流易于满足各态历经性外,地形易造成周期性存在的大尺度湍流相干结构.与平坦下垫面湍流相比,塬区10~40min的大尺度湍流定常性更好,也易于满足各态历经性.在极不稳定层结条件下,风速较小,并具有明显的大尺度周期性波动,同时伴随平稳的增温趋势,因此造成大尺度风速湍流和温度湍流都较易于满足各态历经性;但在极稳定层结条件下,湍流间歇性则造成大尺度风速和温度波动的非周期性较强,湍流不易于满足各态历经性.