黄土高原复杂地形受中尺度运动影响的稳定边界层湍流特征

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(Semi-AridClimateandEnvironmentObservatoryofLanzhouUniversity,简称SACOL)2008年12月观测资料,研究了稳定边界层湍流特征。使用涡动相关资料研究湍流通量时,定义湍流的平均时间τ内的中尺度运动是造成湍流统计量变化范围大的主要原因,稳定情形τ取几十秒至几分钟。对梯度理查森数大于0.3的强稳定情形的湍流尺度分解(MRD)谱分析表明,感热通量在112.4～449.9s存在谱隙,尺度大于谱隙的中尺度运动造成了通量观测资料离散性大,甚至有支配性影响。动量通量的谱隙在112.4～224.9s之间。弱风时,中尺度运动的影响更大,垂直风速标准差以0.1的比率随中尺度风速变化;垂直风速标准差同广义风速表现出很好的相关性,并随着广义风速消失而消失。三维风速标准差与摩擦速度呈很好的线性关系,垂直、水平、横风风速的无量纲标准差分别为1.35、2.54、2.21。对湍流动能的研究发现,在梯度理查森数大于0.3的条件下,仍然存在连续的湍流。以湍动能为依据,分析了湍流的平稳时间长度,其长度随稳定度变化而变化,2008年12月7～11日从133.5s变化到856.2s,湍流平稳时间长度反映了中尺度运动的发生频率。