高等大气物理：第九章-大气湍流扩散

第九章大气湍流扩散2湍流运动与扩散遵循什么规律？2K理论：利用平均场表示脉动场相似理论：利用近地面层特征参量表示通用廓线函数统计理论：利用湍流场的统计特征表示扩散特征欧拉方法拉格朗日方法其它提出问题寻找解决方法和思路得出结论一、粒子在大气湍流中的运动1、粒子运动方程gmFdtvdmRe6()24DCNFrvu（1）（2）2、小粒子的运动受湍流的影响分析6()Frvu小粒子（r100μm）运动主要受stokes阻力水平运动方程：6()hhhdvmrvudt（3）（4）9262rrm令——张弛时间，表示惯性与粘滞阻力的相对作用当τ很小时，表示粒子惯性小，运动由湍流带动，粒子运动接近湍流运动（5）求解方程()hhhdvdvutdt（6）将湍流速度按湍流谱理论展开，代入初始条件2202201sin1)sin(theutuv（7）实际大气中第二项趋于小值粒子运动速度的振幅与大气ω分量运动速度振幅之比为220011uvH（8）当ωL，H1，粒子运动完全被湍流带动实际大气中，ω102周/秒，半径r30μm的粒子，均随湍流运动二、湍流扩散统计理论•1921，taylor提出思路oX,(u)y1、湍流扩散的拉格朗日描述与特征若假定流场坐标与平均场一起运动，且湍流平稳流场运动表示为平均运动＋脉动运动iiiuuu'2'2()0iiuutconst（9）（10）定义Lagrange相关系数001221'2(,)(,)()()LLVxtVxtRttRV（11）分子——表示脉动速度的协方差，其大小反映湍涡的平均寿命或尺度对于寿命超过的大湍涡，其中微团经过一定时间，其脉动运动与原来的脉动运动在大小和方向上有较多关系，大量微团相隔时间的脉动速度乘积并平均，数值也比较大；反之，小湍涡的值则较小当→0，RL（）→1，在同一湍涡中；当→∞，RL（）→0，不同湍涡中，微团脉动速度统计独立2、Taylor公式及讨论Taylor公式推导00),()(0/'tttdtxVY表示经过τ时刻以后，粒子对平均位移的偏离，及粒子的扩散特征量若湍流平稳且均匀各向同性，则位移脉动的均方值可以表示为00'2//010212()(,)(,)ttYVxtVxtdtdt（12）代入Lagrange相关系数2'2/200()2()tYLYVRddt（13）——Taylor公式2/202()YLVRsds（14）定义湍流扩散系数KddKY2)(21（15）Taylor公式的意义与局限表示粒子扩散范围主要决定于湍能大小与拉氏相关系数（湍涡尺度与寿命）公式是在均匀、定常假设条件下推导出来的，仅适合开阔、平坦、气流稳定的的下垫面参考文献•蒋维楣等，空气污染气象学教程，气象出版社，1993•（维普网）•（万方数据网）•高春香，牙克石地区大气扩散试验分析，METEOROLOGYJOURNALOFINNERMONGOLIA，2006（4）•刘遵永陈义珍等，气象与环境学报，基于欧拉观测的大气扩散参数计算方法，2008（2）•姜平史润选，用平衡气球研究大气扩散规律，环保科技，1994（2）•吴建军，照像法探测个旧市火谷都地区大气扩散参数的研究，云锡科技，1995年2期•王佳建徐洪恩，利用三轴风速仪确定大气扩散参数，北方环境，2001年4期思考题•查阅文献，了解湍流扩散模拟的新方法与进展；•查阅文献，总结回顾湍流三大基本理论的特点及适用性