利用Thorpe分析法和垂直上升速度扰动法计算湍流参数的比较研究

摘要

基于1998年中国南海季风实验期间（5月5-25日;6月5-25日）科学1号考察船上的高分辨率气球探空数据，分别采用Thorpe分析方法和利用气球垂直上升速度的扰动计算湍流参数的方法计算对流层和低平流层湍动能耗散率ε和湍流扩散系数K.通过对两种方法及其计算结果进行比较发现:在垂直结构方面，不论是月平均结果还是日平均结果，两种方法计算出的湍动能耗散率ε和湍流扩散系数K均是在10 km以上而在对流层顶以下较大，在对流层顶以上较小;在数值范围方面，ε的取值均在10-6-10-2 m2s-3，K的取值均在0-10 m2s-1，但是采用垂直上升速度的扰动计算湍流参数的方法求得的湍流参数小于Thorpe分析方法得到的湍流参数;在峰值高度方面，采用Thorpe分析方法所得ε的峰值高度在15 km左右，而采用垂直上升速度扰动方法所得ε的峰值高度在17 km左右，两种方法计算出的K的峰值高度均在15 km左右;在适用范围方面，背景结构稳定的情况下，两种方法在分辨率为10m的情况下都是可行的，当分辨率的值大于10 m时采用垂直上升速度的扰动计算湍流参数的方法，当分辨率的值小于10m时采用Thorpe分析法.
　　由于南海季风实验期间的数据观测时间较短，不能进一步研究湍流的月变化、季节变化和年变化特征.我们采用美国新墨西哥州的Santa Teresa(31.9°N，253.3°E)站点的从2008-2011年四年的无线电探空仪观测资料，通过Thorpe分析方法计算了湍动能耗散率(ε)和湍流扩散系数（K)，并研究了湍流参数的月变化、季节变化和年变化特征.我们发现:1、湍流参数的极大值点在夏季较高，一般在10-15 km，冬季较低，一般在7-12 k-m;2、湍流参数的最大值出现在夏季，并且在近地面2 km左右数值较大;3、无论是季节平均还是年平均，湍流参数在不同年份之间的变化无明显差异，整体的趋势都是随高度增加而减小，但是湍动能耗散率(ε)和湍流扩散系数（K)的最小值的数量级分别在-4和-1.

目录

摘要

第一章 引言

§1．1 大气湍流简介

§1．2 国内外研究进展

§1．3 本文的工作重点和创新点

第二章 资料和分析方法

§2．1 资料描述

§2．2 计算湍动能耗散率(ε)和湍流扩散系数(K)的两种方法

§2．2．1 Thorpe分析法

§2．2．2 利用垂直上升速度扰动计算湍流参数的方法

§2．2．3 利用垂直上升速度扰动计算湍流参数的实验过程

§2．3 结果与讨论

§2．3．1 湍流参数ε和K的一般特征

§2．3．2 湍流参数ε和K月平均

§2．4 本章小结

第三章 湍流参数的月变化、季节变化和年变化特征

§3．1 利用Thorpe分析法计算湍流参数

§3．2 结果和讨论

§3．2．1 湍流参数ε和K的一般特征

§3．2．2 湍流参数ε和K日平均的垂直结构

§3．2．3 湍流参数ε和K的月变化特征

§3．2．4 湍流参数ε和K的季节变化特征

§3．2．5 湍流参数ε和K的年变化特征

§3．3 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间写作或接受的论文

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