对流边界层的水平温度场研究

本研究运用对流水槽模拟研究了均匀下垫面自由对流边界层的水平温度场结构特点．按照几何相似、运动相似和动力相似等要求设置初始条件和边界条件实施模拟。对流水槽的尺度为1．5m×1．5m×0．6m，先加入具有一定温度层结的去离子水，然后底部加热形成对流，模拟对流边界层的发生和发展．运用快速响应的温度传感器测量温度廓线和不同高度上的温度起伏：运用准直光闪烁原理获得光学湍流场．按照温度廓线和光学湍流场的结果得到对流边界层厚度和稳定度等参数．按照不同高度的水平脉动温度，运用AR谱方法研究水平温度谱峰值频率所对应的尺度，该尺度对应于对流边界层的准二维对流热泡的水平尺度。统计研究结果表明，自由对流边界层大涡的水平尺度在边界层的下部随高度的增加而增加，约在0．65倍边界层厚度处达到最大，然后随高度的增加又逐渐减小。物理模拟和数值模拟和野外观测结果一致．按照对流热泡的这种特点，提出了一个自由对流边界层的热泡模型．