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Ekman边界层动力学的理论研究 被引量:22
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作者 谈哲敏 方娟 伍荣生 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2005年第5期543-555,共13页
大气边界层及其与自由大气之间的相互作用具有明显的非线性特征,而这些特征是经典Ekman理论所不能描述的,因此,发展中等复杂程度(介于完全模式与经典Ekman模型之间)的大气边界层动力学模式,简称中间模式,对人们从理论上认识大气边界层... 大气边界层及其与自由大气之间的相互作用具有明显的非线性特征,而这些特征是经典Ekman理论所不能描述的,因此,发展中等复杂程度(介于完全模式与经典Ekman模型之间)的大气边界层动力学模式,简称中间模式,对人们从理论上认识大气边界层动力学过程的非线性特征具有重要意义。本文对目前最具代表性的几个中间边界层模型:地转动量近似边界层模型、Ekman动量近似边界层模型以及弱非线性边界层模型进行了总结和分析,阐述了Ekman层主要动力学特征。通过分析上述各模型的理论框架,揭示了各模型的物理意义及其在描述Ekman边界层基本动力特征上的优点和局限性,并指出尽管在细节定量描述上有差异,但各中间模型对Ekman层动力学特征的定性描述具有很好的一致性。对于这些Ekman边界层近似理论模型的进一步应用问题,主要回顾和总结了利用上述模型探讨地形边界层结构、大气锋生过程、低层锋面结构和环流以及边界层日变化、低空急流形成等动力学问题的研究,并对这些研究所揭示的Ekman层动力学特征及其对自由大气低层运动的影响进行了分析,结果表明,这些Ekman边界层近似模型可以较好地揭示大气边界层动力学特征,在大气边界层动力学及其与自由大气相互作用的研究上具有重要价值。另外,还对目前Ekman边界层理论研究中存在的问题进行了一些分析,提出了有待进一步研究的科学问题。 展开更多
关键词 大气边界层 ekman边界层动力学 大气动力学 数值模拟 地转动量 惯性力
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地形与Ekman边界层中的气流 被引量:6
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作者 伍荣生 《气象学报》 CSCD 北大核心 1989年第2期137-146,共10页
利用σ坐标讨论地形与边界层气流是有很多方便的地方,因为,在此坐标中,下边界条件较为简单。在本工作中,首先将混合长理论加以推广并将它用于σ坐标,于是导得了用以描述地形上空边界层气流的控制方程,对边界层气流的特征,特别是对于Ekma... 利用σ坐标讨论地形与边界层气流是有很多方便的地方,因为,在此坐标中,下边界条件较为简单。在本工作中,首先将混合长理论加以推广并将它用于σ坐标,于是导得了用以描述地形上空边界层气流的控制方程,对边界层气流的特征,特别是对于Ekman抽吸作用进行了详细分析。指出有三种因子影响边界层顶部的垂直运动,第一种因子是边界层内涡度分布,这是与边界层中由于摩擦作用所引起的辐合辐散有直接联系;第二种因子是由于边界层顶部的气流爬坡运动所引起的;第三种是由于边界层中跨越等压线的分量爬坡所引起的,它出现于当等压线与地形等高线相平行时,或地转风呈现绕流情况时,这一作用最为明显。 展开更多
关键词 地形 气流 ekman边界层
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非定常、水平非均匀的正压Ekman边界层的动力特征 被引量:1
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作者 宗金星 《气象科学》 CSCD 北大核心 1990年第3期259-272,共14页
除了动量的局地变化和水平平流之外,本文讨论了动量垂直输送和β-效应在均质正压的Ekman边界层中的作用。利用奇异摄动方法,得到了精确到O(R_0~2)的Ekman边界层中水平风场的垂直结构和边界层顶垂直速度的解析表达式,对解的非定常和水平... 除了动量的局地变化和水平平流之外,本文讨论了动量垂直输送和β-效应在均质正压的Ekman边界层中的作用。利用奇异摄动方法,得到了精确到O(R_0~2)的Ekman边界层中水平风场的垂直结构和边界层顶垂直速度的解析表达式,对解的非定常和水平非均匀特征作了定性讨论。用一迭加在均匀西风气流上的园形、定常涡旋场的定量计算表明,动量垂直输送和β-效应对Ekman边界层中水平风速分布、边界层厚度及边界层顶垂直速度均有明显的影响。 展开更多
关键词 ekman边界层 动力学 非定常 非均匀
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自由汇流旋涡Ekman抽吸演化机理 被引量:10
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作者 谭大鹏 杨涛 +1 位作者 赵军 计时鸣 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期158-169,共12页
自由汇流旋涡形成过程中有抽吸现象发生,是一个比较复杂的气液两相耦合过程,其中所涉及的Ekman层耦合及演化机理具有重要的科研价值与实际意义.针对上述问题,提出了一种自由汇流旋涡Ekman抽吸演化机理建模与分析方法.基于多相流体体积VO... 自由汇流旋涡形成过程中有抽吸现象发生,是一个比较复杂的气液两相耦合过程,其中所涉及的Ekman层耦合及演化机理具有重要的科研价值与实际意义.针对上述问题,提出了一种自由汇流旋涡Ekman抽吸演化机理建模与分析方法.基于多相流体体积VOF模型与湍动能—耗散(k-ε)模型,建立了面向汇流旋涡Ekman抽吸演化的两相动力学模型.基于上述模型,分析初始转动速度分量、排流量与Ekman抽吸过程的内在联系,并揭示相关流场分布规律.研究结果表明:初始扰动不同,汇流旋涡的吸气孔、抽气孔距离容器底面边界的高度保持不变;初始扰动加强,吸气阶段转速增加,Ekman边界层厚度及抽吸高度增加,抽吸、贯穿阶段Ekman抽吸现象减弱;初始扰动恒定,Ekman抽吸高度保持不变,与排流量变化无关.研究结果可为自由汇流旋涡形成机理方面的研究提供有益参考,也可为冶金、化工领域的旋涡抑制控制提供技术支持. 展开更多
关键词 自由汇流旋涡 ekman边界层 ekman抽吸 流体体积模型
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非经典Ekman方程的解和演化条件(英文)
5
作者 林振山 《南京师大学报(自然科学版)》 CAS CSCD 2003年第2期78-86,共9页
 建立了一个Ekman边界层的随机方程和非经典Ekman方程,研究了非经典Ekman流的频率响应、解和演化条件.有关研究结果表明,当经典Ekman流的切变足够大时,非经典Ekman流将发展起来,而且在相似条件和普适条件下,非经典Ekman流将分别朝最可...  建立了一个Ekman边界层的随机方程和非经典Ekman方程,研究了非经典Ekman流的频率响应、解和演化条件.有关研究结果表明,当经典Ekman流的切变足够大时,非经典Ekman流将发展起来,而且在相似条件和普适条件下,非经典Ekman流将分别朝最可几态(Us,Vs)或(-fVe,fU2)演化. 展开更多
关键词 非经典ekman方程 演化条件 非经典ekman 频率响应 相似条件 普适条件 ekman边界层
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斜压性对地转动量Ekman流的影响——理论分析
6
作者 宗金星 伍荣生 李陶 《热带气象》 CSCD 1992年第1期16-26,共11页
本文研究了斜压效应对地转动量Ekman流的影响。利用两变量奇异摄动方法求得了边界层中风场及顶部垂直速度的前二级一致有效渐近解析解,解中明显地反映了斜压情形地转风随高度变化(即热成风)的影响,尤其是其中一级近似解完全由热成风影... 本文研究了斜压效应对地转动量Ekman流的影响。利用两变量奇异摄动方法求得了边界层中风场及顶部垂直速度的前二级一致有效渐近解析解,解中明显地反映了斜压情形地转风随高度变化(即热成风)的影响,尤其是其中一级近似解完全由热成风影响所致。在边界层顶垂直速度的解中导出了三种由斜压效应引起的Ekmon抽吸新物理因子,即热成风形变、热成风涡度及热成风涡度交叉项等抽吸因子。分析表明,这些因子只在具有水平温度梯度不均匀的系统(譬如锋区)中方能出现。文中还对锋区内上述三种抽吸因子的动力特征作了具体的分析,指出在锋区这样的强斜压系统中,此三种抽吸因子的贡献是显著的。下一文中,我们将利用本文所得理论解对斜压效应进行具体的定量计算。 展开更多
关键词 斜压效应 地转动量 ekman边界层 抽吸因子 热成风形变 热成风涡变
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Tides and Turbulent Mixing in the North of Taiwan Island
7
作者 Xiangzhou SONG Dexing WU Xiaohui XIE 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2019年第3期313-325,341,共14页
Microstructure and hydrological profiles were collected along two cross-shelf sections from the deep slope to the shallow water in the north of Taiwan Island in the summer of 2006.While the tidal currents on the shelf... Microstructure and hydrological profiles were collected along two cross-shelf sections from the deep slope to the shallow water in the north of Taiwan Island in the summer of 2006.While the tidal currents on the shelf were dominated by the barotropic tide with the current ellipse stretched across the shelf,significant internal tides were observed on the slope.The depth-mean turbulent kinetic energy(TKE)dissipation rate on the shelf was 10^-6W kg^-1,corresponding to a diapycnal diffusivity of 10^-2 m^2s^-1.The depth-mean TKE dissipation rate on the slope was 1×10^-7 Wkg^-1,with diapycnal diffusivity of 3×10^-4m^2s^-1.The shear instability associated with internal tides largely contributed to the TKE dissipation rate on the slope from the surface to 150 m,while the enhanced turbulence on the shelf was dominated by tidal or residual current dissipations caused by friction in the thick bottom boundary layer(BBL).In the BBL,the Ekman currents associated with the northeastward Taiwan Warm Current were identified,showing a near-bottom velocity spiral,which agreed well with the analytical bottom Ekman solution. 展开更多
关键词 microstructure observations turbulent mixing internal tides bottom boundary layer bottom ekman spiral
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汇流旋涡临界贯穿条件与Ekman抽吸演化机理(英文) 被引量:2
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作者 Da-peng TAN Lin LI +3 位作者 Yin-long ZHU Shuai ZHENG Zi-chao YIN Dai-feng LI 《Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering)》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第1期61-72,共12页
目的:提出一种自由汇流旋涡形成过程建模求解方法,得到其临界贯穿条件,并揭示其Ekman边界层抽吸演化机理。创新点:1.基于二维Rankine位势涡理论,建立自由汇流旋涡动力学模型,得到其压力、速度分布;2.提出一种基于Helmholtz方程的汇流旋... 目的:提出一种自由汇流旋涡形成过程建模求解方法,得到其临界贯穿条件,并揭示其Ekman边界层抽吸演化机理。创新点:1.基于二维Rankine位势涡理论,建立自由汇流旋涡动力学模型,得到其压力、速度分布;2.提出一种基于Helmholtz方程的汇流旋涡贯穿临界条件求解方法;3.成功搭建一种基于双目内窥技术的汇流旋涡观测实验平台,可实现对旋涡贯穿及Ekman抽吸过程的精确观测。方法:1.将汇流旋涡定义为涡核与核外流两部分,并基于Bernoulli方程与Lamb-ΓΡΟΜΕΚΟ方程得到汇流旋涡界面形状及压力、速度分布;2.基于上述动力学模型,结合Helmholtz涡量动力学方程,利用分离变量积分方法,得到旋涡形成轴向速度与深度的解析关系表达式;3.基于粒子图像测速(PIV)方法,结合双目内窥技术,实现对汇流旋涡临界贯穿与边界层抽吸的流动细节特征的实时追踪。结论:1.汇流旋涡临界贯穿条件是一个解集,这是由不同的流场初始扰动条件造成的;2.旋涡抽吸孔最低点的高度由容器的几何参数决定,与初始扰动速度无关;3.若初始扰动增强,旋涡深度与Ekman层厚度增加,但在抽吸过程中的边界层涡量强度有减弱趋势;4.PIV实验验证了上述理论结果的正确性,并观测到旋涡半径边界与涡量集聚现象。 展开更多
关键词 汇流旋涡 临界贯穿条件 ekman边界层 抽吸演化机理
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青岛冷涡雷暴分析
9
作者 张银昌 《民航科技》 2005年第2期33-35,共3页
通过对2003年6月13日青岛地区冷涡雷暴天气过程从大尺度环流活动、区域地面流场、物理量场、卫星云图等方面进行了诊断分析,结果表明:贝加尔阻塞高压的稳定维持,是大尺度环流的主要特征,截断低压形成的东北冷涡是触发雷暴的天气尺... 通过对2003年6月13日青岛地区冷涡雷暴天气过程从大尺度环流活动、区域地面流场、物理量场、卫星云图等方面进行了诊断分析,结果表明:贝加尔阻塞高压的稳定维持,是大尺度环流的主要特征,截断低压形成的东北冷涡是触发雷暴的天气尺度系统,Ekman边界层中正涡度的动力强迫对垂直运动和水汽的垂直输送起着主导作用。而雷暴的空间分布又具有明显的中尺度特征,中尺度云团和中尺度雨团,它们与物理量的有利配置是产生此次雷暴的根本原因。 展开更多
关键词 冷涡雷暴 ekman边界层 2003年6月 大尺度环流 天气尺度系统 中尺度特征 中尺度雨团 中尺度云团 天气过程 青岛地区 地面流场 物理量场 诊断分析 卫星云图 阻塞高压 主要特征 东北冷涡 主导作用 垂直输送 垂直运动 动力强迫
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