利用风廓线雷达资料研究大气湍流耗散率

摘要

大气湍流对飞行器的飞行性能、结构载荷、飞行安全影响很大,其关键参数湍流耗散率ε表示扰动能量由较大尺度湍涡向较小尺度湍涡逐级递减的传输速率,表征了惯性子区内湍流的扰动状态,ε越大则湍流越强。本文研究风廓线雷达资料与大气湍流耗散率之间的关系,利用我院XYE01型边界层风廓线雷达探测的晴空大气条件下3450m高度内40个高度层的谱宽资料,剔除风切变、波束宽度和数据处理等因素对谱宽加宽的影响,提取出大气湍流所引起的谱宽,由湍流谱宽和湍流耗散率之间的对应关系计算出湍流耗散率,并分析了湍流耗散率在不同高度的变化特征。分析表明,边界层内湍流谱宽占整个谱宽数据比例的95％以上,说明在诸多影响因子中大气湍流对谱宽的贡献最大,而当高度增加时,湍流谱宽所占比例波动相对变大;高度3450m以下湍流耗散率的量级主要集中在10-3m2s-3,随高度增加呈现出减小趋势。在选取的多个晴空样本中发现湍流耗散率并没呈现出明显的日变化,这与相关文献有些差异,分析其原因可能是大气湍流不仅与大气层结不稳定有关,且与风速大小及风切变也密切相关;当低层出现低空急流时,在对应高度层会出现整层湍流耗散率的极大值,所以低空急流出现的时间和强度会影响到湍流耗散率的日变化特征。总的来说,大气湍流的强弱变化与多个因素有关,比较复杂,风廓线雷达可作为探测大气湍流的一种有效手段。