湍流通量與方差的預(yù)報方程(1)教程文件

1、湍流通量與方差的預(yù)報方程(1)內(nèi)容安排內(nèi)容安排湍流偏差預(yù)報方程湍流偏差預(yù)報方程?t?t q?t u湍流方差預(yù)報方程湍流方差預(yù)報方程?t?t q?t u222湍流通量預(yù)報方程湍流通量預(yù)報方程?tw?t qw?tw u湍流偏差預(yù)報方程湍流偏差預(yù)報方程?t?t q?t u為例進(jìn)行推導(dǎo)：為例進(jìn)行推導(dǎo)：?t u如：如： 就代表陣風(fēng)，就代表陣風(fēng)， 預(yù)報預(yù)報 x方向的陣風(fēng)。方向的陣風(fēng)。 u?t ufvxpdtdu 1Boussinesq approximation 0 fvxpdtdu 01 z uwy uvx uuzuwyu vxu ut u z uwy u vx u u 左邊左邊右邊右邊zuwyuvxu

2、utudtdu zuwyuvxuutu ) () (1100vvfxppfvxp 平均運動方程：平均運動方程：湍流偏差方程：湍流偏差方程：z uwy uvx uuzuwyu vxu ut u z uwy u vx u u 10fvxp 湍流通湍流通量量vfxpzuwyuvxuuzuwyuvxuutu 01 zuwyuvxuu垂直方向的動量偏差方程垂直方向的動量偏差方程上次課，我們得到：上次課，我們得到：zwwywvxwuzwwyw vxw utw zwwyw vxw u湍流湍流通量通量 zPgdtWWdVV 1 zwwywvxwuzPgVV1 現(xiàn)場小練習(xí)現(xiàn)場小練習(xí) 請在您的筆記本上推導(dǎo)出：請在

3、您的筆記本上推導(dǎo)出： 1）熱量偏差方程）熱量偏差方程 2）水汽偏差方程）水汽偏差方程湍流的產(chǎn)生湍流的產(chǎn)生湍流產(chǎn)生湍流產(chǎn)生的機(jī)制的機(jī)制熱力熱力作用作用動力動力(機(jī)械機(jī)械)作用作用熱泡熱泡浮力對流浮力對流摩擦摩擦風(fēng)切變風(fēng)切變自由對流自由對流狀態(tài)狀態(tài)強(qiáng)迫對流強(qiáng)迫對流狀態(tài)狀態(tài)晴天晴天無無/小風(fēng)小風(fēng)多云多云強(qiáng)風(fēng)強(qiáng)風(fēng) qw v u 2012年年8月下旬月下旬表面加熱和自由對流 多高？多高？多快？多快？多久？多久？長度尺度長度尺度速度尺度速度尺度時間尺度時間尺度自由對流尺度自由對流尺度反映、刻畫對流發(fā)展的快慢與大小反映、刻畫對流發(fā)展的快慢與大小長度尺度長度尺度熱泡上升直到它們到達(dá)覆蓋混合層熱泡上升直到它們到

4、達(dá)覆蓋混合層的穩(wěn)定層為止，因此要把溫度尺度的穩(wěn)定層為止，因此要把溫度尺度換算到換算到Zi。熱泡是對流邊界層中的。熱泡是對流邊界層中的主要湍渦，而且所有的小湍渦都以主要湍渦，而且所有的小湍渦都以熱泡為能源，這樣的對流形勢下，熱泡為能源，這樣的對流形勢下，我們要求把許多湍流過程都換算到我們要求把許多湍流過程都換算到與與Zi有關(guān)。有關(guān)。 太陽加熱地面，在浮力作用下，熱泡不太陽加熱地面，在浮力作用下，熱泡不斷得到熱通量帶來的能量。斷得到熱通量帶來的能量。 定義浮力通量：定義浮力通量：浮力通量浮力通量 vVwg 速度尺度速度尺度我們知道，在自由對流中要用到兩個我們知道，在自由對流中要用到兩個重要的變量：重要的變量：浮力和浮力和Zi自由對流尺度速度自由對流尺度速度*w 31* svViwgZw 時間尺度時間尺度 對多數(shù)混合層來講，時間尺度大約是對多數(shù)混合層來講，時間尺度大約是515分鐘。觀測結(jié)果表明：分鐘。觀測結(jié)果表明： 時間尺度大體上等于熱泡中的空氣在混時間尺度大體上等于熱泡中的空氣在混合層底部和頂部循環(huán)一次所花費的時間。合層底部和頂部循環(huán)一次所花費的時間。*WZti 摩擦速度摩擦速度 與對流尺度速度對流尺度速度 的變化的變化*w