大气科学模拟试题(4)

2019-08-30 16:40

这就是通常的中性稳度层结;后者表示|L| 有一定大小,这时湍流铅直热通量并不为零,但只要高度足够低,z<< |L| ,这时的大气状况可以作为中性层结处理,称“有效中性”。故靠近地面处(例如1m处),风廓线总接近对数律,这为观测所证实。定性解释:愈近地面愈接近中性,层结影响(与动力作用比)愈不重要,愈远离地面(仍在近地层范围),层结影响愈重要。

5. 答:外参数:Vg、?? ,与边界层内湍流通量没有直接关系;内参数:u*、T*,与湍流

有关;局地参数:f、g/T、z0,有时也并入外参数。

(5.1.3)式和(5.1.4)式表明,内外参数之间有对应关系。或者说,边界层内参数应由外参数决定,即湍流通量应能由外参数如Vg、△θ、z0等决定出来。因而这就为确定地面通量提供了另一个方法,因为外参数都是易测或易在模式中计算的量,因而这就为确定难以实测的湍流通量提供了一种可能。当然,它要比前面介绍的近地层风、温求通量的方法精确度要差些。

四.推导题(每小题15分,共15分)

1. 答:取x轴沿地面风向,复速度W=u+iv

W(z2)?W(z1)zz?FW(2,?)?FW(1,?)

u*L*L* 令z2=h,W(h)?Vge?i?,?为上层风与地面风的夹角或地面风与等压线的夹角。 ?

由边界层内部的湍流过程决定,是内参数。也需要寻找?与外参数的关系。

z1取得很低,靠近地面,v=0,在近地层内满足:

u*?z1z1?W(z1)??ln?Fs()? 已略去小项Fs(z0/L)

??z0L?考虑到h?F(?)u*,代入前式,得 : fVge?i?u*左端加、减lnf/u*得:

?1?lnz11zz?Fs(1)?FW(?)?FW(1,?) z0?LL*?Vge?i?u*?lnfz0fzzz?ln1?Fs(1)??FW(?)??FW(1,?) u*u*LL*z1z??1 , 所以上式右端是z1/L*和?的函数,但上式左端并不含z1,所以右端相加LL*的结果必然也不含z1,而仅是?的函数,有:

?Vge?i?u*?lnVgu*?lnRo??M(?)

M(?)是?的函数,分离实部、虚部,M(?)=B(?)+iA(?),得阻力规律:

说明内参数u*和α即由稳定度参数μ和外参数Vg、Ro表达。


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