近地面层中通量廓线关系的适用性研究

本文采用了三种不同地表条件下的实测风速廓线资料,分别进行了近地面层中通量廓线关系的适用性检验,从中选择了适合本试验条件的通量廓线关系。结果表明:(1)在稳定大气层结条件下,风速廓线曲率β<0.9时,Yamamoto′s模式最适合,而当β≥0.9时,Lettau′s模式最适合;(2)在不稳定大气层结条件下,当风速廓线曲率β<1.05时,Dyer′s模式最适合,而当β≥1.05时,Webb′s模式最适合。     

林网地区动量、感热和潜热通量的观测研究

本文根据北京大学地球物理系和中国科学院沈阳生态研究所,1989年5月在吉林省乾安县防风林带区农田中进行的大气边界层及微气象观测得风、温、湿、气压及热量平衡等资料,利用近地面层相似理论的通量廓线关系和能量平衡方程,导出的波文比方法、空气动力学方法、能量平衡方法以及廓线梯度法,计算了林网内上下层的动量通量、感热通量和潜热通量。结果表明:(1)2—4m处动量通量一般小于0.5kgm~(-1)s~(-2),14—16m处一般小于3.0kgm~(-1)s~(-2),并且波动较大;(2)感热通量有较强的日变化规律,并且2—4m处的值大于14—16m处的值,(3)潜热通量在2—4m处小于1—16m的值,在中午前后2—4m并出现负的值;(4)空气动力学方法、能量平衡方法与波文比方法计算结果比较吻合,而梯度法应用于2—4m处的计算结果偏小,因此,梯度法不适用于防护林树冠下层通量的计算。     

沿海防护林体系海陆风环流的近地面层风温湿廓线特征

利用系留气球观察系统观测了沿海防护林体系海陆风环流时近地面的风、温、湿廓线特征，有如下结论：（１）海防林系海陆风廓线均呈单峰形，但海风的厚度比陆风大；（２）海防林体系对近地面层的海陆风有较明显的减弱作用，但对陆风的影响高度比对海风的影响高，在大带高度附近风速降低最多，１－１．５Ｈ可降低５０％－６０％，１．５－５Ｈ可降低２２０％－３０％。     

夏季风影响过渡区的动力学粗糙度的特征分析

利用北方协同观测试验中夏季风影响过渡区榆中站、定西站和兴隆山站观测资料,分别代表草地、农田、混合型下垫面,采用通量廓线方法计算了各下垫面的粗糙度,分析了下垫面动力学粗糙度随风向、风速、摩擦速度和热力稳定度的变化特征及其与风速、热力稳定度的参数化关系.结果表明,动力学粗糙度随风向有明显的变化,因风向区间通量的不同而不同;动力学粗糙度与风速整体呈负相关,且在不同站点存在显著差异,在草地和混合型下垫面的相关性较好,而在农田下垫面相关性较差.动力学粗糙度与摩擦速度的关系相对较为复杂,在小摩擦速度区间随摩擦速度递增而递增,在大摩擦速度区间随摩擦速度的递增而递减.大气稳定时,粗糙度随热力稳定度呈显著负相关,大气活跃时,粗糙度随热力稳定度呈正相关.     

不同人为干扰地表条件下湍流通量特征的研究

利用1993至1994年日本国家农业环境研究所与中国科学院沙漠研究所合作在内蒙古奈曼地区实测的8种下垫面（沙丘、草地、4种放牧强度的草原、玉米田、大豆田）的净辐射、土壤热通量、2个高度的温度、相对湿度和风速等微气象资料，分别采用Bowen比法和空气动力学方法计算了不同下垫面的感热通量和潜热通量，并将两种方法的计算结果作了比较.结果表明：采用空气动力学方法计算的感热通量与Bowen比法的计算结果相比有偏大趋势，且随稳定度参数Richardson数Ri的减小，两者的差增大.在植被较多的下垫面，两种方法计算的感热通量相关性较好.对于潜热通量，植被覆盖率越大的下垫面，空气动力学方法的计算结果偏小越多.     

城市及乡村大气边界层结构的数值模拟

建立了一个研究城乡非均匀下垫面陆面物理过程与大气边界层相互作用的模式。模拟了城市及郊区、乡村下垫面的地面热量通量、地表温度、混合层高度及大气边界层结构等特征。对城乡之间的差别进行了对比。模式主要依赖于以下参数和物理量：地面反照率、下垫面粗糙度、土壤的可含水量、下垫面的热容量和热扩散系数、云量等参数。结果表明,本模式能合理地模拟不同地表热量平衡、地表气温、混合层高度、湍流交换系数、湍流动能、位温廓线等,以及它们的日变化。该模式所取参数主要针对北京市,时间为九月初,对于其他城市,参数应作相应的调整。本模式还可以用于其他均匀或非均匀下垫面的模拟。     

南京164米铁塔观测风速廓线的研究

本文根据南京八卦洲164米高塔连续两年的观测资料分析塔层风速廓线的特点,得出了指数律中的参数m和对数律中的下垫面粗糙度z。随风速和大气层结变化的基本规律。     

上海城市对大气边界层若干影响的初步分析

本文根据上海城市气候特征与大气污染防治课题组提供的上海城、郊同步观测的小球测风、低空探空和平衡球等资料,对上海城郊近地层和边界层内的湍强、R_i数、摩擦速度、下垫面粗糙度、风速廓线以及扩散参数等进行计算,并且采用城郊对比法进行分析和探讨.结果表明,上海城市对边界层动力和热力特征影响甚大,城市这个人为因素对边界层的影响不容忽视.     

6参数塔层风廓线模式

提出一个含６个参数的塔层风廓线模式,这６个参数由相似理论和满足边界层运动方程的条件来确定,因而动力学上是合理的．根据近地层的通量便能确定这６个参数,而近地层通量又可由近地层二高度上的风,温确定,因而本模式具有实用价值．用大气所气象塔有限资料验证,廓线模式达到了一定的精度,优于前人结果．     

农田防护林带组合方式对近地面风速作用特征的影响

为了揭示农田防护林带组合方式对近地面风速的影响,通过实地空间多点观测,研究防护区风速分布特征。研究结果表明,对于垂直相交林带而言,根据林带对风速影响程度的差异可分为主林带和副林带,在主林带附近弱风区位于0～150m范围内,风速值主要在6.38～7.56m/s之间变化,而距主林带200～280m处风速值在8.06～9.23m/s之间。在副林带附近风速值相对比主林带附近高,风速降低较之主林带附近区域弱,说明该林带对这种风流特征的影响程度弱于主林带。在林网内,形成了一个全面的防护区,风速值小于旷野风速值,只在林缘附近1H范围内风速值接近旷野值11.0m/s,在林网中心区有一个风速低峰区,林网内风速最低值出现在林缘附近4～8H区域内,可见网状配置林带防护效果最佳。     

南沙海域大气湍流通量输送特征分析

利用１９９４年９月在南沙群岛的渚碧礁（１０°５２′Ｎ，１１４°０４′Ｅ）观测的湍流资料，采用涡旋相关法计算，给出了南沙海域的曳力系数、动量通量、感热通量和潜热通量，并与其它的海气相互作用实验及ＨＥＩＦＥ的结果作了比较。结果表明：该海域的曳力系数ＣＤ＝（１．５４±０．２４）×１０－３；大气向海洋输送的动量通量与水平风速的平方成正比；该海区无论白天还是晚上都是将其贮存的热量以潜热或感热的形式输送到大气中，其中潜热输送占主导地位；感热和潜热输送的日变化不如陆地上明显，感热输送的日均值远比陆地上的小，而潜热输送的日均值却比戈壁沙漠上的大得多，但与绿洲的相近     

非稳态环境下塞式热流传感器的仿真与分析

非稳态的热流密度测试是一项在工业、航天等领域的重要研究内容。本文针对爆炸场非稳态测试环境恶劣，气体高速流动，温度变化迅速的问题，对塞式热流传感器的组成材料、热敏元件等进行了重新选择。根据塞式热流传感器的组成结构和测量原理进行了理论推导，得到了塞式热流传感器测量热量的数学模型。针对非稳态爆炸场环境特点，对塞式热流传感器的热敏元件进行了爆炸冲击波下的应力仿真，获得了抗压力冲击的热敏元件参数，之后进行了非稳态热流的热力学仿真，得到了传感器热敏元件的温升曲线，最终确定了热敏元件的厚度与直径等要素。仿真结果表明，所设计的塞式热流传感器量程为0～9.6 MW·m-2，响应时间为70 ms，测量误差为3.1%。此结果在一定程度上可满足爆炸场热流密度测试需求。     

半干旱地区草地与裸地水热通量的研究

沙尘暴的发生与土体缺乏草本、灌木有效保护和植被覆盖度低有关,定量地研究半干旱地区草地与裸地水热通量具有十分重要的意义。涡度相关技术是直接测定下垫面和大气之间水热通量的相对标准观测方法,利用其测量草地和裸地水热通量(潜热和显热通量),结果发现草地晴天白天的潜热明显大于显热,其最大值大约是显热的一倍;而裸地恰好相反,显热明显大于潜热,其最大值大约是潜热的一倍。草地阴天白天的潜热略大于显热;而裸地的显热仍明显大于潜热,其最大值大约是潜热的一倍以上;同时存在能量不闭合问题。草地发挥降温增湿等生态效应,对减少沙尘暴、维护生态平衡具有极其重要的作用。     

亚热带红壤丘陵区非均匀地表能量通量的初步研究

在千烟洲站亚热带红壤丘陵区人工林生态系统,利用涡度相关技术研究了非均匀下垫面能量通量各个组成部分的日变化进程。本站能量平衡在冬季以感热通量为主,从春季开始树木进入生长季,以潜热通量为主。测站净辐射最高值冬季可达474.8W·m-2,春季达723.1W·m-2。感热通量在冬季最大值达278.68W·m-2,春季达305.02W·m-2。潜热通量在冬季最大值123.84W·m-2,春季最高达402.04W·m-2。土壤热通量一般最高值出现在午后15∶30,最低值则出现在清晨7∶00～8∶00。本站的能量平衡率一般在60%～98%。能量不闭合的原因初步认为有两个方面:①测定源的面积可能有误差;②忽略了水平对流产生的影响。从而提出了今后的研究重点。     

南海夏季风强弱年东亚地表热力异常特征的合成研究

 利用NCAR/NCEP1948年1月-2002年12月共55 a 660个月的地表感热通量和地表潜热通量以及其它气象场的月平均再分析资料,计算了期间5-6月平均的南海夏季风湿位涡强度指数。由标准化的湿位涡强度指数距平的年际变化曲线,选择距平值大于0.5的年份为季风爆发的强年,距平值小于-0.5的年份为季风爆发的弱年,对强、弱年东亚及其周边地区的地表潜热通量（LHF）距平、地表感热通量（SHF）距平以及海平面气压（SLP）距平的分布特征进行了合成分析。结果表明,在南海夏季风爆发强年和弱年,其前期冬春季的地表潜热通量、感热通量以及海平面气压场的距平分布有很大不同,前冬的差别更为明显。冬季,LHF和SHF在强、弱年的主要差异在海洋上和近海地区,尤其是西太平洋沿岸,合成距平呈现沿海岸线的东北-西南向的带状分布,强年沿岸为正距平,弱年为负距平。LHF和SHF标准化距平叠加之和有同样的区域分布特征。这种强、弱年的距平分布差异,与低层风场在强、弱年的不同有密切关系,强年东亚冬季风偏强,弱年则反之。强、弱年SLP在前冬的距平差异,验证了上述结论。     

常温流化床局部瞬态热流测量中的若干问题

分析了在采用瞬态表面温度法测量常温彭泡和循环流化床局部瞬态换热系数时所必须注意的若干问题,主要有：A／D板,放大倍数,采样频率和探头材料的选取,并提出了相应的选取原则。     

近地面层湍流通量间接计算方法的比较

本文应用空气动力学方法和近地面层Ｍｏｎｉｎ－Ｏｂｕｋｈｏｖ稳定度参数ζ＝Ｚ／Ｌ相似方程的分析解，采用实梯度资料，代替数值迭代逼近法计算了感热和潜热通量，比较了目前空气动力学方法中广泛应用的Ｂｕｓｉｎｇｅｒ（１９７１）＾［１］，Ｄｙｅｒ（１９７０＾［２］和Ｐｒｕｉｔｔ（１９７３）＾［３］通量廓线关系通用函数在近地面层间接计算感热和潜热通量时的差别。另外，还分别与波文比方法的计算结果进行了比较。文中还     

湍流模型在NexGen燃烧器出口流场模拟中的应用

Nex Gen燃烧器是美国联邦航空管理局(federal aviation administration,FAA)指定用于开展防火试验的燃烧器。采用商用Ansys Fluent软件对NexGen燃烧器进行三维定常数值模拟,研究其出口流场,为防火试验试验方案的设计提供参考和指导。首先,分别利用冷态流场和燃烧反应的实验数据验证计算模型的有效性;其次,由于燃烧问题和NexGen燃烧器结构的复杂性,为寻求一种能够捕捉其流场变化特性的湍流模型,研究不同湍流模型对出口流场的影响。分别选用Standard k-ε模型、RNG k-ε模型和Realizable k-ε模型进行数值模拟。结果表明,采用不同湍流模型时,计算得到的速度场和温度场不同;而Realizable k-ε模型计算得到的燃烧器出口下游101.6 mm处校准面上的温度分布、七点平均温度和平均热流密度与实验值吻合较好,因此更适用于防火试验的模拟研究。     

农田水分蒸散计算方法的比较

本文采用波文比法;能量平衡法;空气动力学法和蒙蒂斯综合法计算了农田水分散失。并进行了比较。波文比在-0.4<β<0.4范围内,结果清楚地表明:(1)空气动力学方法的计算结果比波文比方法所得结果有偏小趋势(空气动力学方法计算中假设Kh/Kw=1);(2)能量平衡方法的计算结果与波文法的计算结果吻合的相当好,并且能量平衡方法的最大优点是不用观测湿度梯度,(3)蒙蒂斯综合法的计算结果与波文比法的结果也比较一致。文中就各种方法的误差也做了分析。     

华南地气感热通量交换系数的估算

利用2009年东莞市气象台涡动能量平衡观测系统的观测数据和常规观测数据,利用一元线性回归的方法对感热交换系数进行估算。结果表明,感热交换系数具有明显的季节变化,春季的感热通量交换系数相对较大,而夏、秋两季的感热交换系数则相对较小。近地面风速越大,感热交换系数越小。华南地区感热交换系数一般在(3.26±1.55)×10-3的范围。