雷暴系统影响下的黄土高原塬区微气象特征研究

利用2012年5—9月中国科学院平凉陆面过程与灾害天气观测研究站的观测资料,对比分析了黄土高原塬区夏季发生的阵风雷暴、大风干雷暴和冰雹强降水雷暴过境期间近地层微气象特征。结果表明:雷暴系统过境前几小时近地层便出现较强上升气流,14 m高度30 min平均垂直速度可达0.25 m·s^(-1),这几乎比该区域无雷暴影响时的垂直速度大1~2个数量级。在雷暴系统过境期间,近地层气压迅速升高,气温急剧下降,上升气流变为下沉气流,14 m高度30 min平均垂直速度可达到-0.18 m·s^(-1)。同时,由于雷暴区与周围环境间存在极强的风速切变和温度切变,造成近地层湍流运动迅速发展,摩擦速度急剧增大,尤其大风和冰雹雷暴期间其值是中午摩擦速度的2倍以上。对湍流谱分析发现,雷暴影响期间湍流涡旋中大尺度涡旋能量显著增大,且此时大尺度涡旋对感热通量输送的贡献起到主导作用,这可能对雷暴系统的加强具有一定促进作用。

超声速横侧射流混合特性的大涡模拟

采用大涡模拟方法研究了Gamba超声速燃烧室内的横侧射流流场中大尺度涡旋结构以及当地混合特性.超声速来流受到音速射流流体的阻碍,形成了复杂的激波和涡旋结构.由计算结果中的平均马赫数分布图可以清楚地看到激波结构,包括弧形激波、λ激波、桶状激波以及马赫盘;采用Q准则表征三维涡旋结构,可以看到稳态的反向旋转涡对(CVP)、尾迹反向旋转涡对(TCVP)、马蹄涡以及非稳态的射流剪切层涡等结构;此外,由平均流线图可以看到,TCVP结构与CVP结构的旋转方向相反,不对称的CVP结构导致燃料质量分数展向分布不均匀.引入概率密度函数方法分析当地混合特性,结果表明射流近场混合主要发生在射流出口上游回流区以及桶状激波下侧和射流剪切层下侧的射流尾迹区内;射流远场混合分数的概率密度分布从β分布逐渐过渡为高斯分布.研究射流浓度衰减特征,结果表明氢气质量分数沿射流浓度最大迹线呈指数-0.7衰减.

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.

近地层能量平衡闭合问题--综述及个例分析

近地层能量闭合问题,即测量到的感热和潜热通量之和一般总小于近地层可利用能量(净辐射与土壤热通量之差),是近20年来困扰地气相互作用实验研究的主要难点之一。对国内外有关研究现状做了综述,与解决此问题日益迫切的要求相适应,问题的实质及解决途径近年来已逐渐明朗。"涡动相关方法"应用在复杂的大气湍流通量观测中的局限,特别是对低频较大尺度湍流通量的低估,仍是关键所在。在理论分析的基础上,结合2008年部分"黑河综合实验"资料对有关计算结果做了具体介绍。以阿柔站6天连续资料为例,仔细计算土壤浅层热储存,在涡动相关资料再处理中加上高低频损失修正等,再参考该站大口径闪烁仪(LAS)观测对感热通量的提高,能量闭合率可达到99%,当然这只是个例。许多复杂情况下,较大尺度的涡旋或湍流有组织结构(TOS)会有更明显影响。近地层能量闭合问题的根本解决必须考虑后者的贡献,提高通量观测的时空代表性。