塔克拉玛干沙漠塔中近地层湍流特征研究

摘要

塔克拉玛干沙漠是我国最大最典型的沙漠，也是世界第二大流动沙漠。对塔克拉玛干流动沙漠腹地近地层的研究，可为塔中油气资源的开发建设起到微气象方面的指导作用，同时进一步推进沙漠腹地大气边界层研究。涡度相关系统是目前测量地气之间湍流交换最有效、最直接、最准确的工具。本文利用沙漠腹地塔中大气环境监测站的32m高度和西面标校站3m的OPEC快速响应探测系统的湍流数据，对大气近地层的湍流特征进行了研究，同时分析了沙尘等典型天气下湍流的相关特性，得出以下主要结论：
　　 （1）大气稳定度不论是白天还是夜间峰值在±0.2以内，接近中性。水平风速的平均湍流强度为0.35，垂直风速的平均湍流强度为0.04，且有Iu>Iv>Iw。白天湍流强度高于夜间。湍流强度随风速呈指数衰减的趋势。欧拉时间自相关系数主要表现出强衰减、逐渐衰减和缓慢衰减三种类型。不同层结条件下，沙尘天气的欧拉时间自相关系数衰减总体上强于晴天。
　　 （2）四季不同稳定层结条件下无因次速度方差均符合相似规律，相似函数与相关文献中荒漠戈壁地区的相似函数比较接近，都符合1/3规律。沙漠地区温度和水汽方差与其他地区相差较大。速度和标量无因次方差四个季节规律相似，差别不大。
　　 （3）湍流摩擦速度日变化呈以13:00对称的单峰型分布；特征温度呈U字型对称分布。不稳定层结条件下，摩擦速度 随稳定度缓慢增加；稳定层结条件时，摩擦速度随稳定度迅速减小。特征温度（T*）数据均分布在坐标轴的一、三象限，且越靠近（0,0）点数据点越集中。
　　 （4）塔中地区地表热量输送以感热输送为主，潜热通量比感热通量通常要小一个量级。感热通量基本上是以当地时间12:00为对称的单峰型分布。四季日平均感热通量变幅大小依次为：夏季>秋季>春季>冬季；感热通量最大值出现时间的先后顺序依次为：冬季、秋季、春季、夏季。沙尘天气过程中，感热通量和潜热通量都具有较大的波动性，数值也低于典型晴天。
　　 （5）32m高度动量通量与气温日变化规律相似，呈明显的单峰型分布。日出后，动量通量开始增大，到13:30左右达到一天中的最大值，随后动量通量开始减小，一般到夜间的24:00达到一天中的最小值。白天变幅较大，夜间变幅很小。沙尘天气时湍流动量通量与晴天时明显不同。
　　 （6）u方向湍流动能最大，v方向湍流动能与 方向相近。W方向湍流动能最小，其日极大值出现在午后14时左右，极小值多在夜间22～02时左右。各季节湍流动能:夏季>春季>秋季>冬季。动量总体输送系数CD的变化范围主要集中在10-4～10-2之间，不同稳定层结条件下CD大小不同。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

2 研究区概况

3 研究区数据采集和处理

4 塔中湍流统计特征

5 塔中近地层湍流通量特征

6 结论与展望

附录

参考文献

在读期间发表的论文

后记