强风天气下边界层结构特征

摘要

近地层观测的强风运动表明,叠加在平均流动之上的脉动通常有两种,一种是随机的湍流脉动,还有一种具有相干结构的阵风扰动.分析表明,上层强风的剪切运动产生阵风,并向下传递能量,对近地层的通量传输起到重要作用.本文利用北京325 m气象塔、位于海拔1257m的妙峰山测风塔和位于海拔1688 m的灵山测风塔的资料,分析了强风天气下,边界层上层出现阵风并向下传递的过程,进一步证实无论在近地层还是边界层上层,强风期间,叠加在平均流动上除了高频湍流脉动之外,还有周期为1～10分钟的阵风,即相干结构.阵风峰期有下沉运动,阵风谷期有上升运动.这些相干结构在边界层上层产生,向下运动和传播过程中受到平均气流梯度的切变作用和地面摩擦,破碎为湍流结构.边界层上层的阵风和湍流产生的动量通量向下传递,使得强风期间,边界层中阵风和湍流对通量具有同样的输送能力,对边界层中沙尘、污染物等气溶胶的传输具有重要作用.本研究为模式中进行通量输送参数化方案的修正提供了观测和理论依据.