气候与环境研究

作者：李奇龙

单位：中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室, 北京 100029;中国科学院大学, 北京 100049,,中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室, 北京 100029,,中国科学院大气物理研究所, 北京 100029,

关键词：大气边界层;阵风;相干结构;稳定度;湍流

基金：国家自然科学基金项目40830103、41375018，国家重点基础研究发展计划（973计划）项目2010CB951804，中国科学院战略先导专项XDA10010403

壁湍流相干结构的发现是近代湍流研究的重大进展之一，从20世纪50年代开始，在大气边界层湍流中也发现了相干结构——对流云街，并进行了系统的研究。近些年来，人们发现在近地层湍流中也存在相干结构。利用北京325 m气象塔对城市下垫面中大风和小风天气的风速分析，发现较有规律的周期3～6 min的阵风，且有明显的相干结构，而对不同下垫面的阵风研究，均发现存在这种相干结构，这种阵风相干结构对通量输送有不可忽视的作用。本文利用2012年4月甘肃省民勤县巴丹吉林沙漠观测塔的超声风速和平均场风速、温度观测资料，对阵风相干结构的产生条件进行了分析。采用傅立叶变换，将三维超声风速按频率分成基流（周期10分钟以上）、阵风扰动（周期1到10分钟）、湍流脉动（周期小于1分钟）三部分，结合平均场的资料分析发现：阵风相干结构出现在静力中性、不稳定甚至略微稳定的条件下，或者说机械作用主导的大气边界层，阵风区就会出现相干结构，热力作用对其有抑制和干扰的作用。从而，阵风的相干结构和壁面相干结构都出现在中性条件下，是机械湍流的现象，都主导着动量能量的输运。阵风区的相干结构并不等同于对流云街，他们出现在不同的大气稳定度条件下且尺度不同。

来源：2016年第6期

《气候与环境研究》期刊编辑部

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