蒙特利峽谷底邊界層湍流特征分析.pdf

1、海洋中存在各種尺度的運動,通常能量的傳遞都是從大尺度到小尺度,最后以湍流運動的形式耗散。湍流是不同于層流且漫無規則的小尺度混亂運動,廣泛存在于大氣、海洋和工程技術等領域的流體運動中。湍流結構復雜多樣,在時間和空間上具有間歇性、隨機性、高渦度性、高非線性,在流體中產生強混合擴散效應。由于湍流的這些特殊性質,湍流很難直接觀測,缺乏大范圍、長時間的連續觀測資料,湍流的結構、產生機制尚不清晰?；诤Ｑ罂茖W對湍流長期觀測的需要,本文利用2011年

2、4月24日到10月25日期間,蒙特利峽谷底邊界層內 ADV連續觀測流速數據,分析峽谷底邊界層內流速變化規律,估算湍流特征量,分析湍流特征。
　　ADV實測的每分鐘平均流速數據分析表明,在蒙特利峽谷底邊界層內存在很強的流動,平均流速可達0.398m/s。峽谷底部潮流屬于逆時針旋轉潮流系統,具有半日周期和全日周期的變化特征,其中半日周期占主導。日平均的流速數據譜分析和小波分析結果表明,峽谷底部潮流在5月和8月存在近似15天和5天的顯著

3、周期,6月、10月等時間段存在大約2-4天的顯著周期。蒙特利峽谷底邊界層內流速日平均和月平均數據顯示,5月峽谷底部流速達到最大值,9月和10月流速變弱;水平方向流動多為西向和南向流動,垂直方向長期存在著上升流;觀測期間4月到6月水平方向流動表現為南向流強于西向流,之后西向流速增大,超過南向流。
　　蒙特利峽谷底邊界層內,水流紊動特征表現為脈動速度分量一階矩近似符合高斯標準正態分布,剪切應力相關的二階協方差項分布表現為高鋒態正偏特征

4、,湍流動能相關的二階方差項分布表現為高鋒態負偏特征。在流速最小時刻,利用'w和''u w的時間自相關函數曲線的第二個峰值近似模擬出的湍流猝發周期分別為5.5s和3s;在流速最大時刻,模擬出的湍流猝發周期分別為2.5s和2s;流速中間時刻,自相關函數曲線無明顯的峰值。
　　湍流特征研究發現,蒙特利峽谷底邊界層內湍流存在明顯的各向異性。脈動強度的水平分量與垂直分量相差一個數量級;湍流摩擦速度和拖曳系數日平均的變化范圍是6.50×10-

5、3-2.32×10-2 m/s和6.30×10-3-4.36×10-2,月平均最小值發生在7月;湍流耗散率一個周日內變化可達2-3個數量級,觀測期間變化范圍是1.09×10-8-6.62×10-5 W/kg。底邊界層內湍流特征量存在顯著的周期變化,在一個周日內都以半日周期占優;湍流脈動強度和耗散率存在全日周期和三分之一日周期,湍流耗散率還表現出四分之一日周期特征;摩擦速度和拖曳系數存在全日周期和四分之一日周期。脈動強度、摩擦速度和拖曳系