湍流通量与方差的预报方程课件

湍流的数学描述偏差：湍流的不规则性协方差：通量（湍流的输送能力）方差：湍流的能量、强度湍流的数学描述偏差：湍流的不规则性1湍流通量与湍流动能湍流通量湍流方差动量通量水汽通量热量通量“能量”湍流通量与湍流动能湍流通量动量通量水汽通量热量通量“能量2湍流偏差预报方程湍流方差预报方程湍流通量预报方程湍流动能预报方程？湍流偏差预报方程湍流方差预报方程湍流通量预报方程湍流动能预报3主要内容湍流动能预报方程的推导湍流动能预报方程各项物理含义主要内容湍流动能预报方程的推导4简化的速度方差收支方程——x方向局部方差储存方差沿平均风速的平流产生项湍流输送项气压再分配粘性耗散科氏力简化的速度方差收支方程——x方向局部方差沿平均风速的平流产5简化的速度方差收支方程——x-y-z三个方向之和局部方差储存方差沿平均风速的平流产生项湍流输送项气压再分配粘性耗散浮力产生项或损失项Einstein求和符号表示简化的速度方差收支方程——x-y-z三个方向之和局部方差沿6湍流动能预报方程（TKE收支方程）储存沿平均风速的平流产生项湍流输送项气压再分配粘性耗散浮力产生项或损失项Einstein求和符号表示我们得到如此的信息：1）湍流是耗散的2）湍流随时间有趋于减弱的迹象，除非局地产生或输送湍流动能预报方程（TKE收支方程）储存沿平均风7湍流动能预报方程的一种特殊形式：1）取与平均风一致的坐标轴2）假设水平均匀3）忽略下沉（高压区）xyz湍流动能预报方程的一种特殊形式：1）取与平均风一致的坐标轴x8湍流动能预报方程的归一化（无量纲化）湍流动能预报方程的归一化（无量纲化）9湍流动能预报方程各项分析储存项模拟结果1）随时间的变化规律2）最大值出现的高度3）最大值与最小值的量级比较湍流动能预报方程各项分析储存项模1）随时10实测结果实111）边界层无周日循环2）储存项通常很小，甚至可以忽略对于洋面：1）边界层无周日循环对于洋面：12平流项1）通常对于较大尺度（如10*10km)可以忽略2）对于小尺度，必须考虑平流项1）通常对于较大尺度（如10*10km)13浮力项1）自由对流状态下，产生TKE的“大户”！2）白天，为正（热泡效应）3）夜晚，为负（静力稳定）4）各向异性（垂直方向）夹卷层浮力项1）自由对流状态下，夹卷层14机械切变产生项1）在夜间，产生湍流的唯一项2）各向异性（水平方向）浮力项与切变项的相对贡献常用来划分对流性质问题：能否根据浮力项与切变项来判断对流属性？机械切变产生项1）在夜间，产生湍流的唯一项浮力项与切变项的相15图中颜色含义：白色：不同湿度区边界黑色：湿度均匀区域图中颜色含义：16通量输送项对TKE的贡献取决于：辐合还是辐散一般垂直通量输送最重要通量输送项对TKE的贡献取决于：辐合还是辐散17可以发现：在近地层，的垂直输送占优在混合层中部，的垂直输送占优可以发现：18气压分配项1）测量气压脉动极其困难(近地层：5Pa，混合层1Pa）2）可以产生波动（重力波）或湍流，但仅凭气压分配项很难区分波动与湍流气压分配项1）测量气压脉动极其困难19耗散项耗散项20湍流通量与方差的预报方程课件21一个例子：=0[问题]在1000m厚的混合层中，在高度z=300m处观测到下列情况：此外，地面虚位温热通量是0.24Km/s。如果忽略气压和湍流输送，1）在z=300m处维持常定状态要求多大的耗散率？2）归一化TKE项的值是多少？一个例子：=0[问题]在1000m厚的混合层中，在高度22在z=300m处维持常定状态要求多大的耗散率？归一化TKE项的值是多少？在z=300m处维持常定状态要求多大的耗散率？归一化TKE项23湍流动能预报方程的归一化（无量纲化）湍流动能预报方程的归一化（无量纲化）24浮力产生项机械切变项耗散项归一化TKE项的值是多少？0=0.625+0.038-0-0-0.663浮力产生项机械切变项耗散项归一化