边界层气象学课件：CH01_1绪论及湍流基础.pptxVIP

边界层气象学Boundary Layer Meteorology;参考书目;课程目的与教学基本要求;考察与考试;框 架;内容介绍;第一章 大气湍流基础;一、大气湍流;1、湍流和普遍存在的复杂现象;;其他复杂现象： 股票指数、地震记录 DNA序列、心脑电图 海岸线、气候序列 。。。 不规则性、多尺度性 注：你知道分形几何吗？ 你知道混沌吗？;;飓风;黑暗中 月儿离我这么近 仿佛能够亲吻到 我的额头 孙博文(1999) ;你可以在计算机上求解上述方程，并绘制x(n)—u图形; 3.992000 9.253256E-01 3.993000 1.243942E-02 3.994000 9.865483E-01 3.995000 1.466527E-01 3.996000 4.968770E-01 3.997000 7.034437E-02 3.998000 3.084679E-02 3.999000 9.449124E-01 4.000000 0.000000E+00 ;轨迹可无限接近，但永不相交;;2、达芬奇笔下的湍流;3、雷诺圆管实验（粘性不可压缩流体）;地球大气雷诺数估计： 对于地球大气，特征长度一般可取离地面高度，若高度仅取1m，水平速度取0.1m/s，ν=1.46?10?5m2/s，则此时大气的雷诺数已超过6000。可见大气中的雷诺数一般都是很高的，大气运动特别是边界层内的大气运动具有完全湍流运动的性质。 ;4、大气湍流现象及影响;5、湍流定义;6、湍流的主要特征;（2）涡旋性 利用湍流的可视化，例如将几滴颜料注入湍流运动的水中，表明湍流结构可设想成由无数大小不同的湍涡组成，它们分裂、合并、拉长、旋转。最大的湍涡可达到整个湍流层的宽度，小的可到毫米的量级。它们相互叠加在一起，构成湍流的涡旋结构 （3）扩散性 湍流会引起动量、热量及流动中的其他物质快速扩散 （4）耗散性 湍流的能量是由大湍涡向小湍涡传递，最后通过分子粘性耗散成为热能 。湍流能量的产生和消耗不在同一个尺度上。 （5）非线性 湍流是高度非线性的。当流动达到某一特定状态，例如Reynolds数或Richardson数超过某临界值，流动中的小扰动就会自发地增长，并很快达到一定的扰动幅度 ;;（8）标度律（scaling law） 所谓的标度律、标度对称性（不变性），指系统的性质满足：;7、研究湍流的几种方法;;著名的泰勒（Taylor）假设： 大气边界层的湍流结构应在大范围的空间内进行同步测量，但这在技术上难度很大，比较容易的是在空间一个点上作长时间的测量。例如在气象铁塔上进行测量，它能提供边界层空气流经传感器的时间序列资料。但是，湍流运动是一个三维空间的问题，能否将测量的时间序列资料用来研究湍流的空间结构呢？ 泰勒（Taylor）提出，在满足某些条件的情况下，当湍流流经传感器时，可以认为湍流是被冻结的。其含义是，在空间上一固定点对湍流的观测结果统计上等同于同时段沿平均风方向空间各点的观测，也称为‘定型湍流’假设。当然湍流并不是真的被冻结，只是假设湍涡发展的时间尺度大于它被平流携带经过探头所需的时间, 泰勒假设才适用。 ;利用风速 与时间t 的乘积等于该空气团运行距离 的关系，可将时间序列的湍流资料转化为相应的空间测量资料。选择x沿主导风速方向。 对于任意变量? ，泰勒假设可表述为：当 时，湍流是冻结的。因而泰勒假设的一般形式为； ;;;8、大气湍流研究简史;;希望：当我们最终去见上帝时，不再象Von Karman 那样祈求揭示湍流的奥妙！