偶发强热对流事件对大气表面层流动的影响

论文摘要

目前,不论是对高雷诺数壁湍流研究,还是对大气表面层湍流诱发的自然灾害的研究,都需要深入研究热对流对大气表面层高雷诺数壁湍流的影响。本论文以此为研究目的,基于青土湖观测列阵（Qingtu Lake Observation Array,QLOA）获得的大量野外观测数据开展了对偶发强热对流事件对大气表面层湍流流动性质的影响开展了研究。通过对不同尺度二阶统计量以及高阶统计量的研究,本论文定量分析了偶发强热对流事件对大气表面层流动的影响,提出了一个能够表征偶发强热对流事件影响的新参数ψ。基于这一新参数,本论文给出了排查偶发强热对流事件的方法。此外,本论文还研究了偶发强热对流事件对湍流平均结构形态的影响,并指出了影响大气表面层中超大尺度结构演化机制的可能原因。本论文得到的创新性结果有:（1）发现使用|z/L|（27）0.1作为标准筛选得到的近中性大气表面层数据中,仍然有一定比例的数据含有偶发强热对流事件;（2）提出了一个新参数ψ,能够较好地表征近中性大气表面层中偶发强热对流事件对湍流运动二阶统计量、高阶统计量、平均结构形态的空间变化规律以及垂向低频脉动与垂向高频脉动之间的振幅调制作用的影响;（3）基于现有的数据筛选方法,提出了三种排查偶发强热对流事件的方法,即,对比不同数据ψ的大小、对比流向和垂向高阶统计量的斜率Ap和A3p相较高斯分布值的大小以及对比不同数据垂向低频脉动与垂向高频脉动之间的调制系数的大小;（4）偶发强热对流事件可能是大气表面层中超大尺度结构出现“Top-Down”演化机制的原因之一。

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中文摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 研究背景及研究意义

1.2 研究现状

1.2.1 平均风速廓线

1.2.2 二阶统计量

1.2.3 高阶统计量

1.2.4 大尺度和超大尺度结构

1.2.5 考虑浮力影响后的大气表面层流动

1.3 本论文主要研究问题

第二章实验安装及数据处理

2.1 实验场地及实验安装简介

2.2 含偶发强热对流事件的数据

2.3 纯剪切流动数据的筛选

2.3.1 流向纯剪切流动数据的筛选

2.3.2 垂向纯剪切流动数据的筛选

2.4 小节

第三章偶发强热对流事件对大气表面层湍流统计量的影响

3.1 偶发强热对流事件对平均风速廓线的影响

3.2 偶发强热对流事件对二阶统计量的影响

3.2.1 不同尺度流向湍流脉动强度和雷诺应力

3.2.2 不同尺度垂向湍流脉动强度

3.3 偶发强热对流事件对高阶统计量的影响

3.3.1 对流向高阶统计量的影响

3.3.2 对垂向高阶统计量的影响

3.4 小结

第四章偶发强热对流事件的表征

4.1 偶发强热对流事件的标度参数

4.2 偶发强热对流事件的定量表征

4.2.1 二阶统计量的表征

4.2.2 高阶统计量的表征

4.3 垂向低频脉动风速对垂向高频脉动风速的调制作用

4.4 偶发强热对流事件的排查

4.5 小节

第五章偶发强热对流事件对大尺度结构形态特征的影响

5.1 垂向低频脉动风速的结构形态

5.2 偶发强热对流事件对结构尺度的影响

5.2.1 偶发强热对流事件对流向尺度的影响

5.2.2 偶发强热对流事件对垂向尺度的影响

5.3 偶发强热对流事件对垂向低频脉动风速结构倾角的影响

5.3.1 垂向低频脉动风速结构倾角的确定

5.3.2 偶发强热对流事件对垂向结构倾角的影响

5.4 偶发强热对流事件对结构能量的影响

5.5 小结

第六章结束语

6.1 本论文主要结论

6.2 展望

参考文献

在学期间的研究成果

致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 梅奥

导师: 郑晓静

关键词: 高雷诺数壁湍流,大气表面层,热对流,超大尺度结构,数据筛选,振幅调制系数

来源: 兰州大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 兰州大学

分类号: P425.2

DOI: 10.27204/d.cnki.glzhu.2019.000046

总页数: 128

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