湍流譜是表示各種大小湍渦對湍能的貢獻大小。大氣湍流能譜峰值頻率對應的波長，表征攜帶能量最多的湍渦尺度。與峰頻率的換算關係是λm =U/np式中：λm是譜極大尺度;np是譜峰的率; u是平均風速。譜極大尺度為湍流積分尺度的4～2π倍，具體數值取決於湍流譜的形式。
基本介紹
- 中文名：湍流譜
- 外文名：turbulence spectrum
- 對象：湍流
- 概念：不同尺度湍渦的相對強弱
- 意義：各種大小的湍渦對湍能的貢獻
湍流譜的定義以及特性,一、湍流譜的定義,二、湍流譜的特性,湍流譜的套用,一：在草原上的套用,二：在森林上的套用,三：在衛星上的套用,
湍流譜的定義以及特性
一、湍流譜的定義
不同大小、相互疊加的湍渦組成湍流，而不同尺度湍渦的相對強弱就被定義為湍流譜。湍流譜表明了各種類型大小的湍渦對湍能的貢獻大小。理查遜曾這樣描述：“大渦裡面套小渦，大渦給小渦以速度，小渦裡面更有小渦，直至被粘性耗散”。
二、湍流譜的特性
大氣湍流能譜峰值頻率對應的波長，表征攜帶能量最多的湍渦尺度。
與峰頻率的換算關係是：
λm =U/np
式中：λm是譜極大尺度；np是譜峰的率；U是平均風速。譜極大尺度為湍流積分尺度的4～2π倍，具體數值取決於湍流譜的形式。
湍流譜的套用
一：在草原上的套用
利用相同探測設備、相同試驗方法在戈壁、草原、郊區和城郊等不同下墊面開展的多次重複湍流觀測實驗資料，採用相同的湍流數據採集和處理方法，研究了不同下墊面溫度和濕度湍流譜特徵。研究表明：歸一化的溫度和濕度譜的高頻段滿足-2/3冪次律，低頻段譜曲線相對集中在較窄的範圍內，不呈現隨穩定度參數z/L規則散布；較濕潤地區的濕度譜曲線與溫度譜十分相似，譜形一致；平坦地形譜曲線比粗糙下墊面要開闊、平緩;粗糙下墊面的譜曲線較為尖銳，"拐點"對應的無因次頻率約為0.1；高粗糙度下墊面的高頻段譜曲線高於平坦地形，說明高粗糙度地區的局地湍流耗散較強。戈壁下墊面的低頻段濕度譜數值明顯高於其他地區。研究還發現，穩定層結下，由於大尺度過程和重力波的共同作用，在分析雙峰數據時應慎重。
二：在森林上的套用
利用新型三維超聲風速 /溫度儀 ，根據在長白山原始森林冠層上下兩個高度上測量的湍流資料，採用渦動相關法計算和分析了森林冠層上下湍流譜的結構、局地各向同性和耗散率。結果表明，在慣性副區，歸一化湍流譜遵從 - 2/3的指數規律，在森林冠層上，儘管譜的形狀與均勻表面的一致。但是，大氣湍流是非各向同性的，而在森林冠層內則是近似各向同性的，森林冠層上下湍流能量和熱量耗散率比典型草原和牧場的結果大 ,，揭示了森林粗糙表面在湍流輸送過程中的動力擾動和對大渦的破碎作用 。
