大气边界层阵风相干结构的产生条件

壁湍流相干结构的发现是近代湍流研究的重大进展之一，从20世纪50年代开始，在大气边界层湍流中也发现了相干结构——对流云街，并进行了系统的研究。近些年来，人们发现在近地层湍流中也存在相干结构。利用北京325 m气象塔对城市下垫面中大风和小风天气的风速分析，发现较有规律的周期3～6 min的阵风，且有明显的相干结构，而对不同下垫面的阵风研究，均发现存在这种相干结构，这种阵风相干结构对通量输送有不可忽视的作用。本文利用2012年4月甘肃省民勤县巴丹吉林沙漠观测塔的超声风速和平均场风速、温度观测资料，对阵风相干结构的产生条件进行了分析。采用傅立叶变换，将三维超声风速按频率分成基流（周期10分钟以上）、阵风扰动（周期1到10分钟）、湍流脉动（周期小于1分钟）三部分，结合平均场的资料分析发现：阵风相干结构出现在静力中性、不稳定甚至略微稳定的条件下，或者说机械作用主导的大气边界层，阵风区就会出现相干结构，热力作用对其有抑制和干扰的作用。从而，阵风的相干结构和壁面相干结构都出现在中性条件下，是机械湍流的现象，都主导着动量能量的输运。阵风区的相干结构并不等同于对流云街，他们出现在不同的大气稳定度条件下且尺度不同。