大气湍流基础PDF电子书下载

第一章 大气湍流概论 1

1.1 湍流现象与雷诺实验 1

1.2 大气湍流的基本特征 2

1.3 大气湍流的产生和维持 5

1.4 大气湍流的研究 6

第二章 大气湍流基本控制方程 8

2.1 雷诺平均 8

2.1.1 平均量与平均法则 8

2.1.2 雷诺平均 10

2.2 湍流宏观统计参数 10

2.2.1 方差与湍流强度 10

2.2.2 协方差 11

2.2.3 湍流动能 11

2.2.4 相关函数与相关系数 11

2.3 大气运动方程组 13

2.3.1 气体状态方程 13

2.3.2 连续性方程（质量守恒方程） 13

2.3.3 动量守恒方程 14

2.3.4 热量守恒方程 16

2.3.5 水汽守恒方程 17

2.3.6 物质属性守恒方程 17

2.4 雷诺平均方程 17

2.4.1 平均状态方程 17

2.4.2 平均连续性方程 18

2.4.3 平均动量方程 19

2.4.4 平均热量方程 20

2.4.5 平均水汽方程 21

2.4.6 平均物质属性方程 21

2.4.7 雷诺平均方程组 21

2.5 湍流动能守恒方程 22

2.6 平均运动动能方程 25

2.7 Boussinesq近似 26

2.8 湍流闭合技术 26

2.8.1 零阶闭合 28

2.8.2 半阶闭合 28

2.8.3 局地一阶闭合 28

2.8.4 高阶闭合 29

第三章 大气湍流运动 30

3.1 大气湍流的平稳性、均匀性、各向同性和各态历经性 30

3.1.1 随机过程与平稳随机过程 30

3.1.2 大气湍流的平稳性和均匀性 31

3.1.3 大气湍流的各态历经性 31

3.1.4 大气湍流的各向同性 32

3.2 泰勒“冰冻”假设 32

3.3 科尔莫戈罗夫的局地均匀各向同性湍流理论与湍流动能的串级输送 34

3.4 湍流混合长理论 36

3.5 大气湍流的稳定性判据 37

第四章 大气湍流统计描述 42

4.1 概率密度函数与特征函数 42

4.2 湍流尺度（积分尺度和微尺度） 44

4.3 时间序列的湍流能谱 45

4.4 湍流协方差和湍流通量的定义 47

4.5 湍流通量的确定 48

4.5.1 通量-方差法 48

4.5.2 涡旋累积法 49

4.5.3 松弛涡旋累积法 51

4.5.4 分离的涡动相关法 56

4.6 斜坡结构 57

第五章 近地面层相似性理论 68

5.1 近地面层的定义和性质 68

5.1.1 近地面层的定义和特性 68

5.1.2 近地面层的厚度 68

5.1.3 非定常性对常通量近似的影响 69

5.2 莫宁-奥布霍夫相似性理论 70

5.2.1 莫宁-奥布霍夫相似性条件 70

5.2.2 奥布霍夫长度 70

5.2.3 莫宁-奥布霍夫相似性理论 71

5.3 近地面层通量-廓线关系 75

5.3.1 近地面层通量-廓线关系 75

5.3.2 近地面层通量-廓线关系普适函数的确定 76

5.3.3 近地面层近中性层结下的通量-廓线关系 81

5.3.4 von Karman常数k 82

5.3.5 利用非中性层结资料确定von Karman常数k 85

5.3.6 通量-廓线关系普适函数确定的实例 86

5.4 空气动力学法计算湍流通量 89

5.5 湍流交换系数 92

5.6 Bowen比 94

5.7 逆梯度输送与湍流通量 95

第六章 近地面层大气湍流与地表参数 98

6.1 近地面层大气湍流统计特征 98

6.2 近地面层大气湍流能谱特征 106

6.3 近地面层空气动力学参数——零值位移d 116

6.3.1 零值位移d的定义 116

6.3.2 零值位移d确定的传统方法 116

6.3.3 零值位移d确定的温度方差法 118

6.4 近地面层空气动力学参数——地表粗糙度z0 120

6.4.1 地表粗糙度z0的定义和确定 120

6.4.2 地表粗糙度z0确定的湍流方法 124

第七章 大气湍流观测法与数据处理 128

7.1 风杯风速仪测风 128

7.1.1 风杯风速仪测风的误差 128

7.1.2 风杯风速仪测风过高效应的数值分析 132

7.1.3 风杯风速仪测风DP误差的修正 133

7.2 超声风温仪测风 136

7.3 超声风温仪测温 137

7.4 湍流数据处理系统 145

7.4.1 湍流数据的数字滤波 146

7.4.2 湍流数据的野点剔除 146

7.4.3 湍流数据的坐标旋转（倾斜修正） 147

7.4.4 湍流数据的趋势项剔除 150

7.4.5 湍流谱的高频段修正 150

7.4.6 湍流谱的低频段修正 151

7.4.7 WPL修正 151

7.4.8 平流修正 156

7.5 湍流数据的插补 157

第八章 非定常大气湍流及其分析方法 161

8.1 小波分析 161

8.2 伪小波分析 165

8.3 伪小波变换与大气相干结构 165

8.4 希尔伯特-黄变换 166

8.5 希尔伯特-黄变换在大气湍流中的应用 171

8.6 希尔伯特-黄变换在大气边界层中的应用 178

参考文献 181