湍流通量與方差的預(yù)報方程課件

湍流的數(shù)學(xué)描述偏差：湍流的不規(guī)則性協(xié)方差：通量（湍流的輸送能力）方差：湍流的能量、強(qiáng)度湍流的數(shù)學(xué)描述偏差：湍流的不規(guī)則性1湍流通量與湍流動能湍流通量湍流方差動量通量水汽通量熱量通量“能量”湍流通量與湍流動能湍流通量動量通量水汽通量熱量通量“能量2湍流偏差預(yù)報方程湍流方差預(yù)報方程湍流通量預(yù)報方程湍流動能預(yù)報方程？湍流偏差預(yù)報方程湍流方差預(yù)報方程湍流通量預(yù)報方程湍流動能預(yù)報3主要內(nèi)容湍流動能預(yù)報方程的推導(dǎo)湍流動能預(yù)報方程各項物理含義主要內(nèi)容湍流動能預(yù)報方程的推導(dǎo)4簡化的速度方差收支方程——x方向局部方差儲存方差沿平均風(fēng)速的平流產(chǎn)生項湍流輸送項氣壓再分配粘性耗散科氏力簡化的速度方差收支方程——x方向局部方差沿平均風(fēng)速的平流產(chǎn)5簡化的速度方差收支方程——x-y-z三個方向之和局部方差儲存方差沿平均風(fēng)速的平流產(chǎn)生項湍流輸送項氣壓再分配粘性耗散浮力產(chǎn)生項或損失項Einstein求和符號表示簡化的速度方差收支方程——x-y-z三個方向之和局部方差沿6湍流動能預(yù)報方程（TKE收支方程）儲存沿平均風(fēng)速的平流產(chǎn)生項湍流輸送項氣壓再分配粘性耗散浮力產(chǎn)生項或損失項Einstein求和符號表示我們得到如此的信息：1）湍流是耗散的2）湍流隨時間有趨于減弱的跡象，除非局地產(chǎn)生或輸送湍流動能預(yù)報方程（TKE收支方程）儲存沿平均風(fēng)7湍流動能預(yù)報方程的一種特殊形式：1）取與平均風(fēng)一致的坐標(biāo)軸2）假設(shè)水平均勻3）忽略下沉（高壓區(qū)）xyz湍流動能預(yù)報方程的一種特殊形式：1）取與平均風(fēng)一致的坐標(biāo)軸x8湍流動能預(yù)報方程的歸一化（無量綱化）湍流動能預(yù)報方程的歸一化（無量綱化）9湍流動能預(yù)報方程各項分析儲存項模擬結(jié)果1）隨時間的變化規(guī)律2）最大值出現(xiàn)的高度3）最大值與最小值的量級比較湍流動能預(yù)報方程各項分析儲存項模1）隨時10實測結(jié)果實111）邊界層無周日循環(huán)2）儲存項通常很小，甚至可以忽略對于洋面：1）邊界層無周日循環(huán)對于洋面：12平流項1）通常對于較大尺度（如10*10km)可以忽略2）對于小尺度，必須考慮平流項1）通常對于較大尺度（如10*10km)13浮力項1）自由對流狀態(tài)下，產(chǎn)生TKE的“大戶”！2）白天，為正（熱泡效應(yīng)）3）夜晚，為負(fù)（靜力穩(wěn)定）4）各向異性（垂直方向）夾卷層浮力項1）自由對流狀態(tài)下，夾卷層14機(jī)械切變產(chǎn)生項1）在夜間，產(chǎn)生湍流的唯一項2）各向異性（水平方向）浮力項與切變項的相對貢獻(xiàn)常用來劃分對流性質(zhì)問題：能否根據(jù)浮力項與切變項來判斷對流屬性？機(jī)械切變產(chǎn)生項1）在夜間，產(chǎn)生湍流的唯一項浮力項與切變項的相15圖中顏色含義：白色：不同濕度區(qū)邊界黑色：濕度均勻區(qū)域圖中顏色含義：16通量輸送項對TKE的貢獻(xiàn)取決于：輻合還是輻散一般垂直通量輸送最重要通量輸送項對TKE的貢獻(xiàn)取決于：輻合還是輻散17可以發(fā)現(xiàn)：在近地層，的垂直輸送占優(yōu)在混合層中部，的垂直輸送占優(yōu)可以發(fā)現(xiàn)：18氣壓分配項1）測量氣壓脈動極其困難(近地層：5Pa，混合層1Pa）2）可以產(chǎn)生波動（重力波）或湍流，但僅憑氣壓分配項很難區(qū)分波動與湍流氣壓分配項1）測量氣壓脈動極其困難19耗散項耗散項20湍流通量與方差的預(yù)報方程課件21一個例子：=0[問題]在1000m厚的混合層中，在高度z=300m處觀測到下列情況：此外，地面虛位溫?zé)嵬渴?.24Km/s。如果忽略氣壓和湍流輸送，1）在z=300m處維持常定狀態(tài)要求多大的耗散率？2）歸一化TKE項的值是多少？一個例子：=0[問題]在1000m厚的混合層中，在高度22在z=300m處維持常定狀態(tài)要求多大的耗散率？歸一化TKE項的值是多少？在z=300m處維持常定狀態(tài)要求多大的耗散率？歸一化TKE項23湍流動能預(yù)報方程的歸一化（無量綱化）湍流動能預(yù)報方程的歸一化（無量綱化）24浮力產(chǎn)生項機(jī)械切變項耗散項歸一化TKE項的值是多少？0=0.625+0.038-0-0-0.663浮力產(chǎn)生項機(jī)械切變項耗散項歸一化