【摘要】：本文對2009年8月31日-10月26日南海茂名海上觀測平臺塔基資料進(jìn)行大氣湍流統(tǒng)計(jì)特征分析,并利用渦動(dòng)相關(guān)法計(jì)算湍流通量,進(jìn)而考察南海大氣邊界層湍流結(jié)構(gòu)及輸送特點(diǎn)。然后將小波分析方法引入南海大氣湍流研究中,辨識以及提取大氣湍流中的相干結(jié)構(gòu),并利用小波系數(shù)譜分析相干結(jié)構(gòu)的演變特征,最后結(jié)合天氣形勢、湍流及其輸運(yùn)特征,對大氣湍流相干結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了初步分析。主要結(jié)果如下： (1)三個(gè)風(fēng)速方向上平均湍流度分別為Iu=0.120,Iv=0.115,Iw=0.059。水平方向上湍流度絕大多數(shù)小于0.5,垂直方向上湍流度明顯小于水平方向,基本上限定在0.3以內(nèi)。 (2)風(fēng)速和溫度脈動(dòng)的歸一化標(biāo)準(zhǔn)差以及與湍流通量相聯(lián)系的脈動(dòng)量相關(guān)系數(shù)滿足局地相似規(guī)律,而濕度歸一化標(biāo)準(zhǔn)差及其與垂直速度分量的相關(guān)系數(shù)隨穩(wěn)定度的變化不滿足冪率關(guān)系。這說明與水汽相聯(lián)系的湍流結(jié)構(gòu)及其通量輸送更具有復(fù)雜性。 (3)風(fēng)速和標(biāo)量的湍流譜及通量譜均包含完整的譜形結(jié)構(gòu)：低頻含能區(qū)和高頻明顯的慣性副區(qū)。風(fēng)速和溫度的歸一化能譜,在慣性副區(qū)內(nèi)按照-2/3冪率關(guān)系分布,并收縮為一條直線。通量譜雖然在慣性副區(qū)按冪率分布,但譜線明顯分離,且冪率關(guān)系也不完全符合-4/3次律。與其他下墊面實(shí)驗(yàn)相比,海洋平坦下墊面條件下湍渦在慣性副區(qū)內(nèi)更符合各向同性條件：高頻端風(fēng)速分量的能譜密度比值sw(n)/Su(n)和Sv(n)/Su(n)很好的收斂于4/3。另外,本文的研究發(fā)現(xiàn)被認(rèn)為與地形效應(yīng)有關(guān)的能譜低頻上翹現(xiàn)象在海洋平坦下墊面上也有發(fā)生。 (4)受下墊面熱力特征影響,海上感熱通量和潛熱通量沒有明顯的日變化。感熱通量主要由海面向大氣輸送,只有少數(shù)是由大氣向海面輸送且量值相對較小。動(dòng)量通量隨風(fēng)速增大而增加,與水平速度平方U2近似呈線性關(guān)系,由此得到動(dòng)量整體輸送系數(shù)CD≈1.4×10-3。該結(jié)果略低于南沙海域基于大風(fēng)條件得到的結(jié)果(CD≈1.54×10-3)。 (5)對湍流風(fēng)脈動(dòng)資料小波分析的結(jié)果顯示,南海近海平坦下墊面大氣湍流存在幾十秒主導(dǎo)尺度的相干結(jié)構(gòu),并表現(xiàn)出多尺度的特性。相干結(jié)構(gòu)尺度與文獻(xiàn)中其他下墊面條件下的結(jié)果具有大致相同的量級,并且比實(shí)驗(yàn)室湍流相干結(jié)構(gòu)的尺度大三個(gè)量級。利用小波變換提取的擬周期結(jié)構(gòu)能夠在數(shù)值和波形上很好地反映湍流信號的主要特征,體現(xiàn)了湍流中客觀存在的某種中間尺度的相干渦旋。所提取的相干波形的量值大小反映了相干結(jié)構(gòu)的強(qiáng)輸運(yùn)特征,而剩余的非相干信號則主要體現(xiàn)湍流中小尺度、不規(guī)則、強(qiáng)間歇性的部分。 (6)小波系數(shù)譜分析結(jié)果顯示,在一定頻段范圍內(nèi),大氣湍流相干結(jié)構(gòu)生成周期和其生命尺度相近,相干結(jié)構(gòu)主要以連續(xù)的方式產(chǎn)生；而在較小尺度上生成周期大于其時(shí)間尺度,湍渦的發(fā)生存在明顯的不連續(xù)。 (7)大氣湍流相干結(jié)構(gòu)的生成和發(fā)展與天氣形勢,尤其是大氣穩(wěn)定度密切相關(guān)。陰雨天氣對應(yīng)不穩(wěn)定層結(jié)條件,對流交換使不同尺度上渦旋結(jié)構(gòu)被充分激發(fā),湍流充分發(fā)展,渦旋強(qiáng)度大,尺度分布廣；晴天夜間穩(wěn)定層結(jié)條件下,湍流發(fā)展被抑制,間歇性強(qiáng),渦旋強(qiáng)度小,能量在尺度上分布相對集中,相干結(jié)構(gòu)在時(shí)間上分布較為離散。
【圖文】：

南海大氣邊界層湍流結(jié)構(gòu)及輸送特征介紹和質(zhì)量控制上平臺塔基資料介紹文湍流資料來源于中國氣象局廣州熱帶海洋氣象研究所海洋氣象觀測與茂名海洋氣象站陸地上近地層通量觀測設(shè)備及海上離岸4500m的峙設(shè)IO0m近地層氣象鐵塔相結(jié)合，形成海上一海岸線(茂名北山嶺港區(qū)觀測站)一陸地的近地層觀測站網(wǎng)和邊界層觀測系統(tǒng)。從而為進(jìn)一步開一氣相互作用研究、熱帶季風(fēng)多時(shí)空尺度演變和致災(zāi)機(jī)制研究、深入分氣系統(tǒng)邊界層結(jié)構(gòu)特征、揭示熱帶季風(fēng)區(qū)災(zāi)害性天氣的演變和機(jī)理提供礎(chǔ)觀測資料。

圖2一3.Ll一7500COZ/HZO分析儀FigureZ一3.Ll一7500COZ/H20analyzer處理及質(zhì)量控制系統(tǒng)利用快速傳感器直接捕獲大氣湍流運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的物理量動(dòng)和其他物理量脈動(dòng)的協(xié)方差獲得能量或物質(zhì)通量。該方法，計(jì)算過程不依賴于經(jīng)驗(yàn)關(guān)系表達(dá)式。但是，渦相關(guān)理論了更高的要求。所以，嚴(yán)格完整的數(shù)據(jù)預(yù)處理和質(zhì)量控制對不可少的。期處理過程通常包括:奇異值剔除、坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)、趨勢去除究對比分析，，以下湍流統(tǒng)計(jì)分析取常用的3Omin作為平均點(diǎn)剔除
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：P732

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2665225