逆梯度輸運(yùn)與大氣邊界層湍流通量參數(shù)化研究.pdf

1、青島海洋大學(xué)碩士學(xué)位論文逆梯度輸運(yùn)與大氣邊界層湍流通量參數(shù)化研究姓名：劉烽申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專(zhuān)業(yè)：氣象學(xué)指導(dǎo)教師：吳增茂2001.6.1青島海洋大學(xué)碩士學(xué)位論文逆梯度輸運(yùn)與大氣邊界層湍流通量參數(shù)化研究摘要基于Prandtl混合長(zhǎng)理論的原始出發(fā)點(diǎn)，研究K理論缺陷的具體所在以及可能改善的途徑，得出的湍流通量與平均場(chǎng)的關(guān)系并非簡(jiǎn)單的通量梯度關(guān)系，其中既包含局地梯度項(xiàng)，又包含二階導(dǎo)數(shù)項(xiàng)，即非局地逆梯度項(xiàng)，說(shuō)明混合長(zhǎng)理論的一級(jí)近似消除了K理論描述

2、CGT的能力，保留二階項(xiàng)得到改進(jìn)后的K理論，可以運(yùn)用于CBL并能夠描述CBL上層的熱量CGT現(xiàn)象和保守污染物濃度的空間非均勻分布，研究認(rèn)為CGT既不是三階矩的湍流輸送項(xiàng)引起的，也不是湍流通量方程中的熱浮力項(xiàng)產(chǎn)生的，而是由于平均場(chǎng)的空間非均勻性與湍渦的尺度決定的；并從觀(guān)測(cè)資料的分析得出CBL中的CGT并非常數(shù)，即隨高度遞減的重要結(jié)論。同時(shí)基于改進(jìn)后的參數(shù)化方案，從能量守恒的觀(guān)點(diǎn)分析了CGT過(guò)程湍流能量的反串級(jí)。利用既包含梯度項(xiàng)又包含二階導(dǎo)

3、數(shù)的湍流通量閉合方案，分析其用于湍流擴(kuò)散方程的數(shù)值解行為。研究表明：(1)擴(kuò)散項(xiàng)使污染物擴(kuò)散并趨于空間均勻分布，而高階項(xiàng)導(dǎo)致污染物空間分布非均勻；(2)模擬給出的湍流環(huán)境中非高斯?jié)舛确植挤嫌^(guān)測(cè)事實(shí)。通過(guò)改進(jìn)Prandtl混合長(zhǎng)理論，得出近地層風(fēng)廓線(xiàn)形式為：馴出=軋／I。z其中向?yàn)橥韬?1一k12)；在中性層結(jié)下皇為04，風(fēng)廓線(xiàn)與傳統(tǒng)形式完全相同。分析認(rèn)為Karman常數(shù)與垂直湍流強(qiáng)度有關(guān)，其量值的弱不確定性是由于“中性”及近地層“常通

4、量”假定不符合實(shí)際大氣情況所致；所建立的垂直湍流強(qiáng)度與無(wú)量綱風(fēng)廓線(xiàn)關(guān)系可以合理地描述在穩(wěn)定邊界層的情況。針對(duì)大氣邊界層中密度場(chǎng)不均勻?qū)?biāo)量物質(zhì)湍流擴(kuò)散的影響，從連續(xù)方程和湍流擴(kuò)散方程出發(fā)，討論了如果視ABL為均質(zhì)流體，湍流通量參數(shù)化所存在的某些問(wèn)題，并給出具有密度矯正的參數(shù)化方案：簡(jiǎn)單的數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，湍流場(chǎng)中保守物質(zhì)的濃度分布明顯受密度的空間分布影響：較強(qiáng)層結(jié)情況下，密度梯度導(dǎo)致污染物將向下方輸送，與他人的考慮密度影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常