高空大氣湍流相干結構探測與研究

《高空大氣湍流相干結構探測與研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由翁寧泉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高空大氣湍流相干結構探測與研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：翁寧泉
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

大氣湍流總是在時間存在強弱交替現象、空間上存在強弱湍流間隔的團塊結構，高空大氣湍流強度高度分布也總是表現出明顯的分層結構。高空大氣相干結構的探測與機理研究對於深入研究高空大氣湍流特徵有著重要意義，在湍流理論和高層大氣物理過程研究中更是有重要科學意義。 本項目針對高空大氣湍流完備數據集較為缺乏的難點，研製可用於同步測量高空大氣湍流和常規氣象參數的數字式湍流GPS探空儀，開展觀測實驗，以獲取不同季節、不同時段的湍流和氣象廓線。從實測數據出發，研究大氣湍流相干結構分析方法，擬採用譜分析和小波分析的方法，提取高空大氣湍流相干結構特徵。最後，從同步測量的常規氣象參數廓線出發，分析大氣層結和風場剪下狀態，以研究大氣湍流相干結構的成因和機理，最終得到大氣湍流相干結構的初步模式。

結題摘要

本項目研發了新型GPS湍流探空儀，能夠獲得氣象參數和湍流參量同步觀測的數據，形成較為完備的大氣高空湍流研究數據集；本項目在多個城市、戈壁、沿海等多種地理和大氣條件的典型地區，開展了高空大氣湍流的探測試驗研究，獲得了較為豐富的高空大氣湍流探測數據，採用小波分析等方法，對探空數據進行了深入分析，獲得了高空大氣湍流垂直結構特徵。高空大氣湍流層厚度典型尺度在400m-600m之間。一天中不同時刻會由於大氣穩定度條件的變化湍流相干結構特徵發生變化，下午時段會由於湍流增強而出現較厚的強湍流層；在不同地區也會由於地理、大氣條件差別，形成不同特徵的相干結構特徵。本項目還利用微波風廓線雷達的數據，利用湍流運動形成的微波雷達回波譜展寬，得到了不同高度大氣湍流參量，採用小波分析方法得到不同高度水平方向上湍流相干結構量化特徵。本項目同時也對近地層大氣湍流相干結構進行了分析，揭示了從近地面到自由大氣湍流均存在著尺度不同的相干結構，這些相干結構的量化特徵均睡著大氣條件的變化而各具形態。 本項目利用自主研發的高空湍流探空設備，採用本項目組前期研究的微波風廓線雷達數據反演方法，得到了高空大氣湍流的較為豐富關鍵探測數據，通過不同地區、不同高度、不同時間的大氣湍流參量分析，嘗試用小波係數對大氣湍流相干結構進行定量描述。這些數據處理方法和描述方法對大氣湍流研究有重要的科學意義，通過對大氣湍流相干結構的定量描述，對大氣動力學研究、污染輸送分析和光波大氣傳輸研究均有著重要的套用價值。