大气边界层的室内模拟研究——夹卷层温度场结构分析 被引量：12

1

作者 袁仁民 姚克亚 +2 位作者 孙鉴泞 蒋维楣 曾宗泳 《大气科学》 CSCD 北大核心 2002年第6期773-780,共8页

利用室内水槽模拟大气对流边界层,并用多探头测量和光学方法测量分析夹卷层的夹卷过程和温度场结构。测量结果表明,夹卷层的温度场不同于各向同性湍流场,主要原因是夹卷层中含有一些大尺度的相干涡旋。

关键词 大气边界层 温度场 水槽 室内模拟 夹卷层 各向异性

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对流槽湍流涡旋结构特征的小波分析 被引量：11

2

作者 陈子赟 孙鉴泞 +1 位作者 袁仁民 蒋维楣 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2004年第6期964-970,共7页

为研究夹卷层的湍流特性 ,用对流槽模拟大气对流边界层并做湍流温度测量 .能谱分析表明 ,混合层湍流谱幂律接近“ - 5 / 3”次律 ;而夹卷层湍流谱幂律有明显的分段特征 .利用离散正交小波对其湍流脉动信号进行去噪和尺度分解 ,将原始信... 为研究夹卷层的湍流特性 ,用对流槽模拟大气对流边界层并做湍流温度测量 .能谱分析表明 ,混合层湍流谱幂律接近“ - 5 / 3”次律 ;而夹卷层湍流谱幂律有明显的分段特征 .利用离散正交小波对其湍流脉动信号进行去噪和尺度分解 ,将原始信号分成均匀各向同性小尺度涡旋成分和大尺度涡旋成分 ,并对分解后的信号做能谱分析 .结果表明 ,不论是在混合层还是在夹卷层 ,小涡都能很好地满足Kolmogorov的“ - 5 / 3”次律 ; 展开更多

关键词 对流槽 夹卷层 湍流 小波变换

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白天混合层顶部夹卷层厚度的特征研究 被引量：8

3

作者 袁仁民 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2005年第1期19-24,共6页

本文首先对Deardorff的一阶模型给予解释 ,在此基础上根据对流边界层湍流动能方程 ,分析机械湍流和对流湍流对边界层发展的贡献 ,提出一个新的速度尺度———混合层顶速度尺度 ,定义了全理查森数 ,给出夹卷层厚度的参数化方案 ,并用Boer... 本文首先对Deardorff的一阶模型给予解释 ,在此基础上根据对流边界层湍流动能方程 ,分析机械湍流和对流湍流对边界层发展的贡献 ,提出一个新的速度尺度———混合层顶速度尺度 ,定义了全理查森数 ,给出夹卷层厚度的参数化方案 ,并用Boers和Elotanta的雷达观测数据进行验证 .参数化方案与实验数据符合得很好 .当夹卷层厚度表示为夹卷速度或夹卷理查森数的函数时 ,该函数曲线随边界层发展表现为磁滞回线形状现象 ,文中对此进行了解释 . 展开更多

关键词 对流湍流 剪切湍流 混合层 夹卷层 参数化

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对流边界层顶部光学湍流的室内模拟研究 被引量：6

4

作者 袁仁民 罗涛 孙鉴泞 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第9期1287-1292,共6页

对流边界层顶部夹卷层是边界层和自由大气之间的过渡带，夹卷层的湍流结构是其主要特征之一。由于夹卷层的位置较高，进行精细结构观测很难，对此认识较少。利用尺寸为150cm×150cm×60cm室内对流水槽模拟了大气对流边界层的发... 对流边界层顶部夹卷层是边界层和自由大气之间的过渡带，夹卷层的湍流结构是其主要特征之一。由于夹卷层的位置较高，进行精细结构观测很难，对此认识较少。利用尺寸为150cm×150cm×60cm室内对流水槽模拟了大气对流边界层的发生和发展。将准直光通过模拟对流边界层，根据光在湍流介质中的传输理论得到混合层顶部夹卷层的温度结构常数的特点，在夹卷层内，归一化的温度结构常数满足相同的规律；在高度0．8zi处，温度结构常数最小，随着高度增加，温度结构常数增大，置处达最大，然后又随着高度减逐渐小，在高度1．2zi处湍流消失。在边界层顶部zi处，归一化的温度结构常数处于一定的变化范围，归一化温度结构常数处于0．08～0．3之间，这可能与夹卷层的大尺度结构有关。 展开更多

关键词 大气光学 光学湍流 温度结构常数 夹卷层 闪烁 大尺度结构

原文传递

夹卷层大尺度相干结构运动特征的室内模拟研究

5

作者 罗涛 袁仁民 +2 位作者 卢超 吴徐平 孙鉴泞 《大气与环境光学学报》 CAS 2009年第6期432-440,共9页

大尺度相干结构是大气边界层中一种重要的物理现象。本文利用室内水槽模拟方法模拟对流边界层的发生发展,利用实验获取的光斑图像对夹卷层大尺度结构进行了研究。通过分析实验采集的光斑图样中大尺度相干结构的闪烁特性,发现其对应于光... 大尺度相干结构是大气边界层中一种重要的物理现象。本文利用室内水槽模拟方法模拟对流边界层的发生发展,利用实验获取的光斑图像对夹卷层大尺度结构进行了研究。通过分析实验采集的光斑图样中大尺度相干结构的闪烁特性,发现其对应于光斑中长而亮的条纹,而在闪烁指数廓线中对应于峰。根据大尺度结构的这种闪烁特征,本文提出了一种空间相关方法计算其垂直平均速度,并对大尺度结构的运动特征进行了分析,结果表明,边界层顶部热泡以缓慢运动为主,其驱动了边界层顶部的发展。 展开更多

关键词 夹卷层 大尺度相干结构 室内水槽模拟 光斑 空间相关方法

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南京上空大气边界层的激光雷达观测研究 被引量：13

6

作者 姜杰 郑有飞 +1 位作者 刘建军 范进进 《环境科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2014年第1期22-27,80,共7页

为了研究南京地区大气边界层结构的变化特征,利用2010年11月到2011年10月期间米散射激光雷达对南京上空大气散射特性的连续观测资料,通过小波协方差法得到了该地区的大气边界层高度,分析了其日变化和季节变化特性以及夹卷层的日变化特性... 为了研究南京地区大气边界层结构的变化特征,利用2010年11月到2011年10月期间米散射激光雷达对南京上空大气散射特性的连续观测资料,通过小波协方差法得到了该地区的大气边界层高度,分析了其日变化和季节变化特性以及夹卷层的日变化特性,并讨论了引起这些变化的原因,得到以下主要结论:南京上空边界层具有典型的日变化特征以及季节变化特征,夜晚低(小于0.5 km),白天高(大于1 km);最大混合层高度春季高(1.77 km),冬季低(1.34 km);边界层的日变化以及最大混合层高度与地表温度存在明显的正相关,与地表的相对湿度存在负相关;云层可以有效的降低最大混合层高度并且使最大混合层高度出现的时间提前。 展开更多

关键词 激光雷达 大气边界层 夹卷层厚度 小波协方差

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用云高仪测量边界层高度 被引量：9

7

作者 陈臻懿 刘文清 +3 位作者 张玉钧 张春光 阮俊 何俊峰 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2009年第5期455-458,共4页

为了研究测量混合层高度的方法,对判断混合层高度的几种重要方法,如目测法、梯度法等进行了分析,采用本文中所介绍的的Steyn法,通过阐述其理论基础,给出了理想模型图,并举例强调实际运用时初始值选择对拟合结果的影响。利用云高仪Vaisal... 为了研究测量混合层高度的方法,对判断混合层高度的几种重要方法,如目测法、梯度法等进行了分析,采用本文中所介绍的的Steyn法,通过阐述其理论基础,给出了理想模型图,并举例强调实际运用时初始值选择对拟合结果的影响。利用云高仪Vaisala测得的3幅雷达回波信号图(气溶胶后向散射系数和高度)进行拟合,得到了混合层高度等结果。结果表明,Steyn法即使在混合层后向散射系数多变、混合层高度偏低的复杂情况下,仍能准确有效地识别混合层高度、夹卷层厚度等信息,大气边界层日变化的实测结果与理论预测值能较好地吻合。 展开更多

关键词 激光技术 混合层高度 夹卷层厚度 Steyn法 云高仪

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对流边界层发展受覆盖逆温影响的大涡模拟研究 被引量：7

8

作者 万静 孙鉴泞 《气象科学》 CSCD 北大核心 2010年第5期715-723,共9页

本文运用大涡模拟方法研究了存在覆盖逆温时对流边界层顶部的夹卷过程特征,并通过敏感性试验着重分析了在此情况之下的夹卷速度参数化问题,以及风切变的作用。模拟结果表明,初始覆盖逆温改变了夹卷层的结构特征,使得夹卷层结构参数明显... 本文运用大涡模拟方法研究了存在覆盖逆温时对流边界层顶部的夹卷过程特征,并通过敏感性试验着重分析了在此情况之下的夹卷速度参数化问题,以及风切变的作用。模拟结果表明,初始覆盖逆温改变了夹卷层的结构特征,使得夹卷层结构参数明显增大,风切变使这一效应略有增强,以往关于夹卷速度的参数化方案不再适用。分析研究表明,在有覆盖逆温的情况下,夹卷层结构参数是控制夹卷速度的关键因子,应该将夹卷层结构参数作为变量引入夹卷速度参数化方案,该方案能够很好地预报出受覆盖逆温影响的对流边界层的发展过程。 展开更多

关键词 对流边界层 大涡模拟 覆盖逆温 夹卷层结构参数 夹卷速度

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对流边界层顶部夹卷层厚度特征及其参数化分析 被引量：5

9

作者 林恒 孙鉴泞 袁仁民 《中国科学技术大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第1期50-56,共7页

运用大涡模拟结果分析并讨论了对流边界层顶部夹卷层厚度特征及其参数化.常见的参数化方案是建立归一化夹卷层厚度与对流理查森数(Ri*)之间的指数对应关系,但不同研究结果得到的幂指数有很大差异.分析表明:"Ri*方案"本身是造... 运用大涡模拟结果分析并讨论了对流边界层顶部夹卷层厚度特征及其参数化.常见的参数化方案是建立归一化夹卷层厚度与对流理查森数(Ri*)之间的指数对应关系,但不同研究结果得到的幂指数有很大差异.分析表明:"Ri*方案"本身是造成这种不确定性的原因;另一种理查森数(RiN),即浮力理查森数,可以较好地表征夹卷层厚度.大涡模拟结果表明:"RiN方案"能够有效地减小夹卷层厚度参数化的不确定性.为消除湍流随机性对参数化的影响,我们对大涡模拟结果进行了时间平均处理,并用所得数据讨论了夹卷层厚度与浮力理查森数之间的关系.结果表明:两者之间有很好的指数对应关系,平均幂指数为-2/5;计算结果同时显示,幂指数仍然存在一定的变化范围(-1/3^-1/2).夹卷层厚度的这种特性反映出夹卷过程的复杂性,即兼有热泡和界面振荡的特征. 展开更多

关键词 夹卷层厚度 参数化 湍流随机性 理查森数 大涡模拟

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夹卷层厚度定义对其参数化的影响 被引量：3

10

作者 徐强君 孙鉴泞 +1 位作者 刘罡 刘红年 《南京大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2008年第2期219-226,共8页

关于边界层顶部夹卷层厚度的参数化,通常采用的方案是建立无量纲夹卷层厚度与对流理查森数之间的指数对应关系.以往的研究结果显示,幂指数存在很大的不确定性,至今尚无定论.基于对流边界层的垂直结构模型(即一阶模型),本文分析了"... 关于边界层顶部夹卷层厚度的参数化,通常采用的方案是建立无量纲夹卷层厚度与对流理查森数之间的指数对应关系.以往的研究结果显示,幂指数存在很大的不确定性,至今尚无定论.基于对流边界层的垂直结构模型(即一阶模型),本文分析了"热泡理论"和"能量平衡理论"在物理模型上的差异,及其对夹卷层厚度参数化方案的影响,并用大涡模拟数据进行了验证.结果表明,"热泡理论"对应的夹卷层厚度与"能量平衡理论"对应的夹卷层厚度不同;前者的夹卷层厚度应该满足对流理查森数的-1次律,而后者的夹卷层厚度应该满足对流理查森数的-1/2次律. 展开更多

关键词 夹卷层厚度 对流理查森数 大涡模拟 热泡理论 能量平衡理论

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模拟的对流边界层大气闪烁频谱特性研究 被引量：3

11

作者 卢超 罗涛 +2 位作者 吴徐平 孙鉴泞 袁仁民 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第8期2033-2038,共6页

边界层是地面与自由大气的过渡带,对人类活动有重要影响。由于边界层上部位置较高,进行精细结构观测很难。在室内对流水槽(150 cm×150 cm×60 cm)中模拟了大气对流边界层的发生发展。将准直光通过模拟对流边界层得到光斑图像数... 边界层是地面与自由大气的过渡带,对人类活动有重要影响。由于边界层上部位置较高,进行精细结构观测很难。在室内对流水槽(150 cm×150 cm×60 cm)中模拟了大气对流边界层的发生发展。将准直光通过模拟对流边界层得到光斑图像数据,对光斑图像数据进行频谱分析。根据光在湍流介质中的传输理论确定无标度区间得到边界层各高度处的标度指数。研究表明,均匀下垫面标度指数在混合层基本在-8/3左右,接近各向同性湍流的理论值。而夹卷层的标度指数,实验初期严重偏离理论值,但在实验后期,由于对流剧烈也逐渐接近-8/3,此时夹卷层也趋于混合均匀。夹卷层平均标度指数与对流Richardson数存在一定的关系。标度指数廓线随高度的变化特点与同时刻的热通量廓线和归一化光强方差廓线有比较一致的对应关系。 展开更多

关键词 大气光学 光学湍流 标度指数 水槽模拟 混合层和夹卷层

原文传递

有切变对流边界层夹卷厚度参数化的大涡模拟研究 被引量：2

12

作者 林恒 孙鉴泞 卢伟 《南京大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2010年第6期616-624,共9页

运用大涡模拟研究有切变对流边界层顶部夹卷过程,并着重探讨了夹卷层厚度的参数化问题.结果表明,切变湍流对夹卷过程确有贡献,其作用应该被考虑在夹卷层厚度的参数化方案中.基于对现有两种参数化方案的验证与分析,本文提出了改进方案,... 运用大涡模拟研究有切变对流边界层顶部夹卷过程,并着重探讨了夹卷层厚度的参数化问题.结果表明,切变湍流对夹卷过程确有贡献,其作用应该被考虑在夹卷层厚度的参数化方案中.基于对现有两种参数化方案的验证与分析,本文提出了改进方案,新方案可以描述正压和斜压条件下的夹卷层厚度特征,而这两种条件下夹卷过程的不同特性可以通过在参数化方案中取不同的常数得到体现. 展开更多

关键词 夹卷层厚度 大涡模拟 切变对流边界层 正压 斜压

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模拟的对流边界层光学湍流的特征尺度分析 被引量：2

13

作者 卢超 袁仁民 +2 位作者 罗涛 吴徐平 孙鉴泞 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期10-16,共7页

边界层作为地面与自由大气的过渡带对人类活动影响很大。边界层湍流结构尤其是夹卷层的湍流特征,是边界层研究的一个重要方面,这对于加深对边界层的认识以及研究边界层参数化具有十分重要的意义。由于边界层上部位置较高,难以进行精细... 边界层作为地面与自由大气的过渡带对人类活动影响很大。边界层湍流结构尤其是夹卷层的湍流特征,是边界层研究的一个重要方面,这对于加深对边界层的认识以及研究边界层参数化具有十分重要的意义。由于边界层上部位置较高,难以进行精细结构观测。在室内对流水槽(150cm×150cm×60cm)中模拟了大气对流边界层的发生发展。将准直光通过模拟对流边界层得到光斑图像数据。利用改进协方差法对光斑图像进行功率谱分析,找出功率谱密度最大值所对应的频率即峰值频率,峰值频率对应的波长为涡的特征尺度。研究结果表明,在混合层,峰值波长较小,说明此处混合比较均匀,小尺度结构占主导地位。而夹卷层的峰值波长较大。夹卷层的平均峰值波长与对流Richardson数存在一定的关系,这种关系受下垫面类型以及对流状况的双重影响。 展开更多

关键词 大气光学 峰值波长 功率谱分析 水槽模拟 混合层和夹卷层 非均匀下垫面

原文传递

激光雷达观测的武汉上空对流边界层高度与夹卷层厚度 被引量：2

14

作者 王鹏辉 易帆 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期191-199,共9页

基于地基偏振激光雷达2011年1月至2017年12月对武汉中心城区的观测资料,研究了超大城市对流边界层高度与夹卷层厚度的变化特征.采用Fernald方法进行数据反演获得了1 min时间分辨率、30 m空间分辨率的后散比剖面,通过方差法确定了对流边... 基于地基偏振激光雷达2011年1月至2017年12月对武汉中心城区的观测资料,研究了超大城市对流边界层高度与夹卷层厚度的变化特征.采用Fernald方法进行数据反演获得了1 min时间分辨率、30 m空间分辨率的后散比剖面,通过方差法确定了对流边界层高度和夹卷层厚度.结果表明,武汉上空对流边界层高度和夹卷层厚度具有明显的季节变化特征.对流边界层顶的均值最大处在春季为1.14 km,夏季为1.25 km,秋季为1.06 km,冬季为0.74km;夹卷层厚度均值最大处在春季为0.40 km,夏季为0.51km,秋季为0.34 km,冬季为0.26 km.这些特征与武汉地区地表温度的周年变化特征具有很强的相关性. 展开更多

关键词 偏振激光雷达 对流边界层(CBL) 夹卷层厚度(EZT) 方差法

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大气光学

15

《中国光学与应用光学》 2007年第1期105-,共1页

关键词 大气光学 结构常数 大气物理学 夹卷层 阶跃折射率光纤

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