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1、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,？,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,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-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
2、,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）,x,y,z,湍流动能预报方程的归一化（无量纲化）,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,实测结果,1）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：,平流项,1）
3、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,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,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？,图中颜色含义：白色：不同湿度区边界黑色：湿度均匀区域,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,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,气压分配项,1）测量气压脉动极其困难(近地层：
4、5 Pa，混合层1 Pa）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,耗散项,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？,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？,湍流动能预报方程的归一化（无量纲化）,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,老子说，,孰能浊以静之徐清，孰能安以动之徐生。,End of this chapter!,
