偶发强热对流事件对大气表面层流动的影响

发布时间：2020-05-17 19:33

【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A_p和A_(3p)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。
【图文】：

兰州大学博士学位论文 偶发强热对流事件对大气表面层流动的影响第一章 绪论1.1 研究背景及研究意义沙尘暴是中国西北地区和华北北部地区经常出现的强灾害性天气，可造成房屋倒塌、交通供电受阻或中断、火灾、人畜伤亡等，给国民经济和人民生命财产安全造成严重的损失和极大的危害（如图 1-1 所示）。1993 年 5 月，一场袭击中国西部的黑风暴造成了 85 人死亡、264 人受伤、31 人失踪，超过 3700 km2的农田被毁，直接经济损失达 5.6 亿人民币（Zheng, 2009）。因此，，如果能够准确的预测沙尘暴的强度和位置，人们就可以提前做出防范，从而减少沙尘暴带来的损失。

图 1-3 RBC 的示意图（图片引自 Xia, 2013）。表面层中，由于浮力驱使的热对流和剪切力驱使的壁湍流常用理查德森数（Ri）来表征浮力与剪切力的关系（Shao e有很多形式，最常使用的是通量理查德森数（Rif）：0' '' '( / )fg wRiT u w U z z 是测量高度，u 和w分别表示流向和垂向风速， 为测度，0T 表示参考温度。Rif表示浮力和剪切力分别对湍动if> 1 时，浮力对湍动能的贡献大于剪切力对湍动能的贡献；当 Rif< 1 时，浮力对湍动能的贡献小于剪切力对湍动能导地位。，本论文将详细介绍实验室壁湍流与大气表面层壁湍流中，以及热对流中的一些统计性质与壁湍流的异同。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P425.2

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本文编号：2669068