夹卷层温度结构常数的室内水.pdf

: .
夹卷层温度结构常数的室内
测值的2～3倍左右 (Wyngaard, et al, 1980; Burk, 1981; Dubosclard, 1982; Fairal, 1987;
目前的室内水槽模拟对于边界层光学湍流研究较少，类似本文实验的光斑方
Peltier, et al, 1995)
法尚未见其他报道。本文水槽模拟实验获取的光斑图样，具有较高的时间和
空间分辨率，满足研究所需。二、实验方法
1. 室内水槽模拟简介
室内水槽模拟
是根据相似理论，
以水为介质模拟平 平均温度传感器
坦下垫面均匀加热
条件下的对流边界
层的发展过程，具
有易重复、稳定性
加热油箱 光斑
好、结果可信等诸
多优点。模拟实验与实际大气的相似性
为了实现大气对流边界层的室内模拟，不仅要考虑模
拟边界层的特点，更重要的是要考虑到模拟边界层与实
际大气边界层的相似性，包括几何相似(1)，动力相似(2)
和运动学相似(3)等。通常得到一些无量纲数把实际大气
边界层和室内模拟边界层联系起来 。
: 通常认为宽高比大于3时 ，水槽固壁的影响可以忽略，大尺度涡旋的数
目及运动特性等类似于实际大气边界层。本实验水槽的宽高比大于5, 因此满足几何相
似的要求。
，雷诺数Re :实际大气Ra，Re一般很大（Ra＝1×1022～7×1025，
Re＝3×107～5×108），本模拟实验的Ra≈2×1011，Re≈3000，远小于实际大气
的瑞利数和雷诺数，但都大于模拟水槽中的临界值，所产生的湍流细节已不再依赖于
瑞利数和雷诺数的大小 。
1 ∂h
w∗ ∂t : 反映边界层增长的一个重要特征量，实际大气中
，本实验模拟的对流边界层的无量纲边界层增长率处
，接近实际大气的值，模拟实验能够满足运动学相似的要求。
同时在湍流池中湍流外尺度到内尺度的范围从约十几厘米到约1毫米，具有较大的范
围，湍流池中的湍流特征也与实际大气十分相似，利用其进行大气边界层光传输模拟
是可行的。实验准备
实
验 加 加
流 冷 热
程 水 水

40
35
30
25 Strength of inversion: ~ K/cm
20