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CompanyLogoCompanyLogoLOGOLOGO方程反映了边界层中单位质量空气湍流动能的变化第四章

湍流动能、稳定度和尺度CompanyLogo第四章湍流动能、稳定度和尺度湍流动能TKE1稳定度2尺度3PS.大气湍流动能(TKE)CompanyLogo常见的动能（KE）定义为KE=0.5mU2当研究空气之类的流体时，通常讨论其单位质量的动能KE/unitmass=0.5U2大气动能～时间平均脉动运动动能平均运动动能气流动能CompanyLogo平均动能(MKE,与平均风速有关)湍流动能(TKE,与湍流有关)TKE的大小标志着湍流的强弱，直接关系到边界层大气动量、热量和温度等属性的输送。而且，TKE与稳定度、太阳辐射有关。典型的TKE在白天对流条件下的变化CompanyLogo1978年8月飞机在Tennessee上空300米以下测得的的日变化。不同边界层湍流动能垂直廓线CompanyLogo白天对流混合层晴空，微风，16:00近中性，强风（在地面10-15m/s）,多云，11:00夜空稳定边界层，22:00高度（km）4.1湍流动能TKE收支方程（重点）CompanyLogologoTKE:TKE收支/预报方程:方程推导步骤---动量守恒方程CompanyLogo大气边界层平均量控制方程大气边界层湍流脉动量控制方程湍流方差控制方程湍流能量控制方程动量方程CompanyLogo010203动量脉动量方程:动量平均量方程:动量方差方程:将，和三个速度方差独立分量预报方程叠加再除以2，得到TKE的收支方程CompanyLogo假设湍流场水平均一、忽略下沉，TKE方程表达式为：（Ⅱ平流项）ⅠⅢⅣⅤⅥⅦ若同时将坐标轴x取在平均风向，TKE方程最终表达式为：TKE收支/预报方程:CompanyLogoⅠ湍能储存项，表示湍流能量的增强或减弱Ⅲ浮力产生或消耗项，浮力作功对湍能的贡献Ⅳ机械(切变)产生项，雷诺应力作功对湍能的贡献Ⅴ湍流输送项，湍流能量由携带在垂直方向的输送，若各个高度上输送量不同()，则在其层间累积或亏损ⅦTKE的粘滞耗散，使湍能转化为热能，表现为简写?ⅠⅢⅣⅤⅥⅦ方程反映了边界层中单位质量空气湍流动能的变化：Ⅵ气压相关项，压力脉动作功对湍能的贡献，很难测定Ⅰ湍能储存项CompanyLogoⅠ湍能储存项CompanyLogoⅠ湍能储存项CompanyLogo曲线：白天自由对流（浮力强）时，TKE廓线阴影：切变（强风）和浮力都活跃时，TKE廓线Ⅳ机械(切变)产生项CompanyLogoⅠⅢⅣⅤⅥⅦ被归一化的湍流动能方程中的若干项浮力产生/消耗项切变产生项Ⅲ浮力产生/消耗项Ⅲ浮力产生/消耗项CompanyLogoⅠⅢⅣⅤⅥⅦSP=3BPLSP=-3BPL3SP=BPLSP=-BPL自由对流和强迫对流的近似状况Ⅳ机械(切变)产生项思考：请根据湍涡形状判断自由对流和强迫对流？CompanyLogo热力的机械的01强迫对流0203自由对流04Ⅴ湍流输送项CompanyLogoⅠⅢⅣⅤ