大气湍流思考题

《大气湍流》思考题

2006年3月

一 请举2-3例说明大气中的湍流现象 二 请描述大气湍流的基本特征 三 给出大气湍流的表述

四 请指出大气湍流存在和维持的三种类型

五 大气湍流产生方式主要有哪几种？并说明其维持

六 请画图说明大气湍流能谱结构、分区及相应的湍涡尺度、大气湍流运动能量输送（传递）规律 七 请画图说明大气湍流能谱结构及分区，并说明大气湍流运动能量输送（传递）规律 八 请说明大气运动的流动形式及雷诺分解 九 请说明泰勒（冰冻）假设

十 以动量通量、感热通量和潜热通量为例，严格给出其定义表达式 十一 请说明下面大气湍流动能方程各项的物理意义

?eg?u?w'e1?w'p'?w'?v'?u'w'???? ?t?v?z?z??z Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ十二 研究大气湍流经常使用的的假设（简化）条件是什么，并以下面的湍流动能方程说明大气湍

流动能方程各项对应的简化条件

?????eg?u?w'e1?w'p'?w'?v'?u'w'???? ?t?v?z?z??z Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ十三 应用哪些假设，如何大气湍流问题简化，并说明其理由（依据）

十四 低层大气的湍流动能方程为

?????eg?u?w'e1?w'p'?w'?v'?u'w'???? ?t?v?z?z??z Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ请说明上式成立用了那些假设，及上式各项的物理意义； 上式用u*3?????z无量纲化后的表达形式写为： 。

十五 已知下面的TKE方程：

?e?e?Ug?(w?e)1?(w?p?)?Uj??u?w??(w???)???? ?t ?xj?z?v?z??zA B C D E F G请回答：

a 哪一项永远是损失项？

b 哪一项既不产生也不破坏TKE？

c 哪一项既可能是产生项也可能是损失项？ d 哪一项是因分子效应所致？

e 在阴而有风的白天哪一产生项最大？ f 在陆上静风有太阳时，哪一产生项最大？ g 哪一项使湍流倾向于非各向同性？ h 哪一项描述湍流的定常性？

i 哪一项描述了风剪切对TKE的贡献？ j哪一项表示从水平运动获取TKE？

十六 判别大气稳定层结的方法有哪些？请用公式表述

十七 给出通量理查孙数、梯度理查孙数、z/L稳定度参数等稳定度判据的定义，并推导它们之间

的互换关系（L为Obukhovc长度） 十八 已知：w????0.5Km/s，Zi?1000m，??300K，u*?0.3m/s，??0.4，求：Obukhov

长度L和稳定度参数zi/L，并判断大气层结状况。

十九 陆面过程研究的重要内容之一是确定地表与大气间能量、动量、热量和水汽的湍流通量，请

论述获取近地面层湍流通量的三种基本方法，并说明不同方法之间的关系、各自优缺点和较使用范围。

二十 涡动相关法、空气动力学法和Bowen比能量平衡法是获取湍流通量的三种最基本的方法。

请比较说明其原理和适用条件

二十一 给出风速、温度、湿度的通量廓线关系的表达式，并以风速为例说明利用通量廓线关系获

取湍流通量的方法所需要的资料条件

二十二 如利用空气动力学方法计算中性层结条件下动量通量和感热通量，请给出所需条件和计算

方法

二十三 给出能量平衡法获取湍流通量的方法和适用条件，以及所需资料条件 二十四 一般地，近地层空气动力学参数有哪些？其物理意义是什么？

二十五 以下给出的平均风速和位温是Kansas实验中某个夏天傍晚的一次观测结果（地面气压

1000毫巴）： z (m) U (ms-1) T (oC) 2 2.84 33.09 4 3.39 33.31 8 4.01 33.57 16 4.85 33.82 *

（1）说明如何用廓线法估计u*和θ* ？ （2）用空气动力学的方法和最低两层（2m和4m）的资料计算u*和θ

2?1（3）将上述结果与涡度相关法测量的结果：u?w???0.044ms，w?????0.023mKs 作简要分析比较

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