太湖湍流垂向扩散系数的特征分析

发布时间：2020-04-28 11:40

【摘要】：湖泊的分层与混合是热量、溶解氧或者营养盐输送、扩散的关键物理过程。湍流垂向扩散系数Kv描述水体的紊动程度,其是刻画热量、动量的交换、营养物质和气体的交换的主要物理量。本文通过两层水温(-0.2m和-1.5m)的时间序列,对其进行频谱分析,以振幅法和相位方法估算了 2015年太湖站点(MLW和PTS站)的日平均湍流垂向扩散系数,并与Hostetler法做对比;之后,对湍流垂向扩散系数的变化特征及影响因子进行分析;最后,探讨湍流在水柱内部热量传输中的潜在效应。本文的主要结果如下:(1)通过振幅与相位两种方法计算MLW和PTS站的湍流垂向扩散系数Kv,范围多集中于10-2至10-6 mm2/s之间,二者的复相关系数为0.42和0.56(P0.01)。基于Hostetler法的Kv与基于振幅、相位法的Kv的复相关系数在0.30至0.56(P0.001)之间。(2)结合不同尺度、不同方法下的湍流垂向扩散系数,高于10-4m2/s或10-5m2/s的湍流垂向扩散系数的数量呈现冬季大于其他三季的趋势,可以认为冬季更容易受到湍流混合的影响,但是由于台风或者大风的影响,湍流垂向扩散系数高值处会打破这个趋势。且位于湖中心风浪较强的PTS站的湍流垂向扩散系数明显高于靠湖岸的MLW站。(3)热量净通量及风速是与湍流垂向扩散系数关系最为密切的两个气象因子,为湍流混合提供了必要的热力及动力条件。由于风速多变,且热量净通量的影响相对缓慢,在半小时尺度上,风速是导致湍流垂向扩散系数变化的主要气象因子,而热量净通量则只是次要因子,与讨论日尺度层面的影响因子时,存在着偏离。(4)湍流整体强度,呈现春冬季高、夏季低的趋势。在大多情况下,水柱内部的热力变化,在一天中分为三个阶段:在辐射较强阶段,热力作用以辐射为主,湍流为辅,水柱升温;在辐射衰弱阶段,湍流作用显著,上层开始降温,下层保持升温;在无辐射、水温均匀混合阶段,以湍流为主,湍流促使热量由下至上传输,水柱整体降温,且各层水温变化强度相似。在风浪明显的阴雨天,湍流的作用更显著,以湍流为当日水柱热力变化的主导因素。
【图文】：

度通量网利用涡度相关法对湖泊与大气之间的湍流通量进行长期的观测研宄。本逡逑文的研宄分析是基于其中两个湖泊观测平台；位于北部富营养湾区的梅梁湾站（ＭＬＷ逡逑站）以及位于湖中心、中度营养区的平台山站（ＰＴＳ站）（图２．１）。逡逑本文选取的两个观测平台均包括以下观测系统：小气候观测系统、水温梯度观测逡逑系统、涡度相关系统和四分量辐射计。涡度相关系统由多维超声风速计（ＣＳＡＴ３，逡逑Ｃａｍｐｂｅｌｌ邋Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）和开路式邋Ｃ0２／Ｈ２０邋红外气体分析仪（ＥＣ１５０，Ｃａｍｐｂｅｌｌ邋Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ；逡逑Ｌｉｃｏｉ＿７５００Ａ）组成。小气候观测系统由温湿度传感器（ＨＭＰ１５５Ａ，，Ｖａｉｓａｌａ）、风速风向逡逑计（０５１０３．ＲＭＹｏｎｇＣｏｍｐａｎｙ）组成。四分量净福射计（ＣＮＲ４，Ｋｉｐｐ＆Ｚｏｎｅｎ）用于观测逡逑向上短波辐射、向下短波辐射、向上长波辐射和向下长波辐射。水温梯度观测系统逡逑（１０９－Ｌ邋Ｃａｍｐｂｅｌｌ邋Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）用于测量邋２０ｃｍ，５０ｃｍ，邋１００ｃｍ邋和邋１５０ｃｍ邋深处水温及底泥逡逑温度。逡逑本文的研究运用２０１５年整年获取的两个平台的水温梯度观测系统，小气候、温湿逡逑度传感器和涡度相关观测资料，采用观测数据的３０ｍｉｎ平均值，对通量数据进行后处逡逑理

图３．３邋２０１５年太湖ＭＬＷ站风向玫瑰图逡逑
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P433

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 宋正方;折叠光路上的湍流效应[J];激光技术;1988年01期

2 王英俭,吴毅,汪超,候再红,杨刚,龚知本,王春红,鲜浩,李新阳,吴旭斌,姜文汉;激光实际大气传输湍流效应相位校正一些实验结果[J];量子电子学报;1998年02期

3 刘立辉,贾冬梅,张丽娟;基于烟气湍流效应的火灾判据[J];消防科学与技术;2001年04期

4 吴毅,王英俭,龚知本,汪超,候再红;聚焦光束模拟湍流效应自适应光学补偿实验[J];光学学报;1996年12期

5 陈兵;李澄俊;;烟幕的湍流效应对热成像制导导弹性能的影响[J];红外技术;2005年06期

6 刘伟;廖天河;高穹;;脉冲激光在3种大气模型下传输的热晕与湍流效应研究[J];信息工程大学学报;2012年04期

7 陈绍英,李秀林,陈光旨,王光瑞;强激光大气传输时的湍流效应[J];广西大学学报(自然科学版);2003年02期

8 廖天河;刘伟;高穹;;不同形状激光波束在大气中传输的湍流效应(英文)[J];红外与激光工程;2015年S1期

9 刘伟;赵威;廖天河;张启鹏;李晓龙;张雷;;多束强激光在大气传输中的热晕与湍流效应[J];半导体光电;2013年03期

10 刘建国,黄印博,王英俭;强湍流效应下激光大气传输短曝光光斑统计分析[J];强激光与粒子束;2005年03期

相关博士学位论文 前2条

1 朱云;轨道角动量通信系统中的湍流效应分析[D];江南大学;2016年

2 王凯民;湍流信道下FSO系统编码调制关键技术研究[D];北京邮电大学;2016年

相关硕士学位论文 前8条

1 陈诗祺;太湖湍流垂向扩散系数的特征分析[D];南京信息工程大学;2018年

2 于小红;湍流效应对激光通信性能影响的研究[D];长春理工大学;2018年

3 汤昱薇;考虑特征湍流效应的非定常抖振分析[D];浙江大学;2018年

4 万媈;基于CMOS探测器的湍流信道高性能ATP技术研究[D];电子科技大学;2017年

5 王静;湍流效应对激光传输质量的影响及改善方法[D];江西师范大学;2010年

6 朱丫;可缓解湍流效应的多孔径发射技术研究[D];电子科技大学;2010年

7 李清;水中湍流对光传输影响的光线追迹算法的研究[D];华中科技大学;2011年

8 崔丽;激光通信的大气信道建模与仿真[D];长春理工大学;2010年

本文编号：2643421