蒙特利峡谷底边界层湍流特征分析.pdf

1、海洋中存在各种尺度的运动,通常能量的传递都是从大尺度到小尺度,最后以湍流运动的形式耗散。湍流是不同于层流且漫无规则的小尺度混乱运动,广泛存在于大气、海洋和工程技术等领域的流体运动中。湍流结构复杂多样,在时间和空间上具有间歇性、随机性、高涡度性、高非线性,在流体中产生强混合扩散效应。由于湍流的这些特殊性质,湍流很难直接观测,缺乏大范围、长时间的连续观测资料,湍流的结构、产生机制尚不清晰。基于海洋科学对湍流长期观测的需要,本文利用2011年

2、4月24日到10月25日期间,蒙特利峡谷底边界层内 ADV连续观测流速数据,分析峡谷底边界层内流速变化规律,估算湍流特征量,分析湍流特征。
　　ADV实测的每分钟平均流速数据分析表明,在蒙特利峡谷底边界层内存在很强的流动,平均流速可达0.398m/s。峡谷底部潮流属于逆时针旋转潮流系统,具有半日周期和全日周期的变化特征,其中半日周期占主导。日平均的流速数据谱分析和小波分析结果表明,峡谷底部潮流在5月和8月存在近似15天和5天的显著

3、周期,6月、10月等时间段存在大约2-4天的显著周期。蒙特利峡谷底边界层内流速日平均和月平均数据显示,5月峡谷底部流速达到最大值,9月和10月流速变弱;水平方向流动多为西向和南向流动,垂直方向长期存在着上升流;观测期间4月到6月水平方向流动表现为南向流强于西向流,之后西向流速增大,超过南向流。
　　蒙特利峡谷底边界层内,水流紊动特征表现为脉动速度分量一阶矩近似符合高斯标准正态分布,剪切应力相关的二阶协方差项分布表现为高锋态正偏特征

4、,湍流动能相关的二阶方差项分布表现为高锋态负偏特征。在流速最小时刻,利用'w和''u w的时间自相关函数曲线的第二个峰值近似模拟出的湍流猝发周期分别为5.5s和3s;在流速最大时刻,模拟出的湍流猝发周期分别为2.5s和2s;流速中间时刻,自相关函数曲线无明显的峰值。
　　湍流特征研究发现,蒙特利峡谷底边界层内湍流存在明显的各向异性。脉动强度的水平分量与垂直分量相差一个数量级;湍流摩擦速度和拖曳系数日平均的变化范围是6.50×10-

5、3-2.32×10-2 m/s和6.30×10-3-4.36×10-2,月平均最小值发生在7月;湍流耗散率一个周日内变化可达2-3个数量级,观测期间变化范围是1.09×10-8-6.62×10-5 W/kg。底边界层内湍流特征量存在显著的周期变化,在一个周日内都以半日周期占优;湍流脉动强度和耗散率存在全日周期和三分之一日周期,湍流耗散率还表现出四分之一日周期特征;摩擦速度和拖曳系数存在全日周期和四分之一日周期。脉动强度、摩擦速度和拖曳系