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风速调节大气反演中的湍流

在爱达荷州的野外活动期间进行的测量表明,地球表面以上2米处的风速决定了夜间倒置中存在的湍流类型。

在晴朗平静的夜晚,地球表面的冷却会在地面以上10到100米之间形成一层独特的空气层,温度随着高度的增加而增加。由于存在更温暖的空气覆盖更密集,更冷的空气热非常稳定,这些反转 - 也称为稳定的边界层(SBL) - 抑制湍流和垂直混合。这可能导致不利影响,包括可能影响空气质量和人类健康的地面附近高浓度污染物的累积。

尽管先前的研究已经证明SBL可以是弱分层或强分层的,但是对这些变异负责的机制还不是很清楚。为确定湍流在不同条件下的变化情况,Lan等人。在爱达荷州国家实验室进行了实地考察。在那里,该团队测量了三维风场 - 以及温度,水汽密度和其他大气条件 - 使用四个涡流协方差系统安装在高度为2,8,16和60米的塔上,在平坦的地形上。

结果表明,在地面以上几米处测量的风速确定了旋涡式湍流的结构,称为涡流。当这些近地表风较弱时,漩涡被限制在一层薄薄的空气中,这抑制了垂直混合并减少了向下的热量传递。这些变化最终导致更强烈的层次反转。相比之下,当地球表面附近存在较强的风时,可能形成较大规模的漩涡。这些增强了垂直混合,这削弱了分层并允许更大的漩涡发展。

这些发现表明SBL可以根据平均近地面风速进行分类。通过显示湍流结构在弱分层和强分层反演之间的显着变化,作者提供了对这些最终成员状态之间差异的重要见解,以及如何在气候和天气模型中表征SBL内的湍流。

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