發(fā)布時(shí)間：2020-04-10 16:46

【摘要】：大氣湍流相干結(jié)構(gòu)是指湍流中呈現(xiàn)出的有組織的大尺度渦旋結(jié)構(gòu),對(duì)湍流的生成、發(fā)展和演變起著決定性作用。大氣湍流相干結(jié)構(gòu)引起的物質(zhì)交換、能量和動(dòng)量輸運(yùn),對(duì)研究大氣動(dòng)力學(xué)過程具有重要意義。激光在湍流大氣中傳輸時(shí),其光波參數(shù)遭到破壞,引起一系列的大氣湍流效應(yīng),嚴(yán)重制約了光電工程的應(yīng)用,這種制約不僅體現(xiàn)在湍流強(qiáng)度,同時(shí)也體現(xiàn)在湍流尺度上。因此大氣湍流相干結(jié)構(gòu)特性的研究不僅具有重要理論價(jià)值,也具有重要的應(yīng)用價(jià)值。本文提出頻域小波分析的方法研究大氣湍流相干結(jié)構(gòu)特性,根據(jù)能量極大值原則識(shí)別相干結(jié)構(gòu)主尺度,利用重構(gòu)公式,提取相干結(jié)構(gòu)波形,結(jié)合了譜分析的方法,并對(duì)重構(gòu)性能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,較之傳統(tǒng)的研究湍流相干結(jié)構(gòu)的方法更具有說服力。我們利用近地面大氣參數(shù)觀測(cè)系統(tǒng)在敦煌地區(qū)開展近地面湍流相干結(jié)構(gòu)特征的研究,利用風(fēng)廓線雷達(dá)在合肥地區(qū)開展高空大氣湍流相干結(jié)構(gòu)特性的研究,得到以下研究成果:(1)研究表明重構(gòu)相干波形是具有準(zhǔn)周期運(yùn)動(dòng)的信號(hào),反映原始脈動(dòng)信號(hào)中某個(gè)中間尺度上的運(yùn)動(dòng),兩者波形在變化趨勢(shì)上十分吻合;小波系數(shù)的時(shí)間與尺度圖可以很好解釋湍流具有多尺度性,反映了湍流相干結(jié)構(gòu)的演變過程。(2)通過對(duì)敦煌地區(qū)近地面大氣湍流相干結(jié)構(gòu)的主尺度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)相干結(jié)構(gòu)的主尺度近似滿足正態(tài)分布;采用統(tǒng)計(jì)方法對(duì)重構(gòu)偏差進(jìn)行數(shù)理分析,證明重構(gòu)相干信號(hào)合理性和準(zhǔn)確性;分別對(duì)湍流信號(hào)和相干信號(hào)進(jìn)行了譜分析,發(fā)現(xiàn)湍流信號(hào)功率譜滿足Kolmogorov的“-5/3定律”,相干信號(hào)的功率譜偏離Kolmogorov的“-5/3定律”,譜冪率在-2.0附近;相干結(jié)構(gòu)周期與尺度比服從正態(tài)分布,其值范圍在3.80±0.50,間接表明了湍流存在間歇性。(3)利用風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù),研究合肥地區(qū)高空湍流水平方向相干結(jié)構(gòu)特征。研究發(fā)現(xiàn),高空湍流相干結(jié)構(gòu)具有多個(gè)主尺度,表明湍流是一種多尺度運(yùn)動(dòng)的渦旋結(jié)構(gòu),大尺度相干結(jié)構(gòu)通過控制小尺度湍流相干結(jié)構(gòu)間接實(shí)現(xiàn)對(duì)湍流的控制,同時(shí)間接證明了湍渦能量的傳遞過程;高空湍流相干結(jié)構(gòu)主尺度接近1小時(shí),但在1-2km之間大氣邊界層頂附近可能會(huì)由于大氣夾卷運(yùn)動(dòng),出現(xiàn)小于30分鐘的結(jié)構(gòu),隨著高度的增高,可能由于高空湍流與邊界層相比發(fā)展并不充分,會(huì)出現(xiàn)主尺度變小或湍渦破碎的情況。
【圖文】：

圖１．１大氣分層逡逑

０＞（ｋ）邋＝邋０．０３３Ｃ（Ａ：２邋＋ｒ）＂，ｌ／６邋ｅｘｐ（－邋ｋ２／ｋ＾）歇性與相干結(jié)構(gòu)逡逑爾莫戈羅夫提出的湍流理論，，又稱Ｋ４１理論。指出量的結(jié)構(gòu)函數(shù)與空間兩點(diǎn)的距離ｒ之間存在冪次關(guān)系，（［ｍ（ｘ，）－ｍ（ｘ２）］°）邋＝邋Ｃｅ＂１＾＂１３邋ｏｃ邋ｒ＊１是結(jié)構(gòu)常數(shù)，ｒ代表場(chǎng)點(diǎn)＼１與＼２之間的間距，私是ｎ歇性又稱湍流的不連續(xù)性，是湍流運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出來的一風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)格柵后面的均勻各向同性湍流中ｔ５１Ｕ后來研泛存在于大氣湍流１５２？１和海洋湍流中，主要通過溫離Ｋ４１理論、耗散率不為常數(shù)以及某些統(tǒng)計(jì)量的高階。逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O357.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2622471