黃土高原塬區(qū)近地面大氣重力波與湍流特征及相互作用研究一、引言1.1研究背景與意義大氣運(yùn)動作為地球氣候系統(tǒng)的核心組成部分，涵蓋了平均場、波動和湍流等基本要素，這些要素之間復(fù)雜的相互作用深刻影響著地球的氣候與環(huán)境。其中，大氣重力波和湍流是大氣運(yùn)動中極為重要的現(xiàn)象，它們在大氣能量傳輸、動量交換以及物質(zhì)混合等過程中扮演著關(guān)鍵角色，對氣象學(xué)、大氣動力學(xué)等多個領(lǐng)域的研究具有不可忽視的重要性。大氣重力波是地球大氣中因地形、氣壓、風(fēng)速等多種因素致使空氣運(yùn)動而引發(fā)的波動現(xiàn)象。這種波動能夠?qū)Υ髿獾臏囟?、濕度、密度等物理量產(chǎn)生影響，進(jìn)而左右氣象和空氣運(yùn)動的穩(wěn)定性。在大氣的中高層區(qū)域（即中間層和熱層，MLT區(qū)域），大氣重力波常常引發(fā)特殊效應(yīng)，例如擾動風(fēng)場結(jié)構(gòu)、改變平流層電子濃度以及影響天色等。研究大氣重力波的傳播和特性，對于理解大氣中能量和動量的傳輸機(jī)制，以及中高層大氣的動力學(xué)過程具有重要意義。在大氣數(shù)值模式中，準(zhǔn)確描述大氣重力波的作用，能夠顯著提高模式對大氣環(huán)流和天氣系統(tǒng)的模擬和預(yù)測能力。在研究大氣潮汐現(xiàn)象時，發(fā)現(xiàn)大氣重力波與潮汐的相互作用會導(dǎo)致風(fēng)場的顯著變化，這種變化對高層大氣的動力學(xué)過程有著深遠(yuǎn)影響。湍流則是一種高度復(fù)雜的不規(guī)則流動，其特點(diǎn)是流體的速度、壓力等物理量在空間和時間上呈現(xiàn)出隨機(jī)的脈動。在大氣邊界層中，湍流是熱量、水汽和動量交換的主要機(jī)制，對地面與大氣之間的物質(zhì)和能量交換起著決定性作用。在城市環(huán)境中，建筑物等障礙物會加劇大氣湍流，使得城市熱島效應(yīng)更加明顯，同時也影響著污染物的擴(kuò)散和稀釋。在大氣邊界層中，湍流的存在使得熱量和水汽能夠快速向上輸送，從而影響著大氣的溫度和濕度分布，進(jìn)而對天氣和氣候產(chǎn)生影響。黃土高原塬區(qū)作為一個獨(dú)特的地理區(qū)域，具有特殊的地形地貌和下墊面條件。其地勢起伏較大，溝壑縱橫，下墊面粗糙度變化復(fù)雜，這些因素使得該區(qū)域的大氣運(yùn)動具有獨(dú)特的特征。研究黃土高原塬區(qū)近地面大氣重力波與湍流特征，不僅有助于深入理解該區(qū)域特殊地形地貌和下墊面條件對大氣運(yùn)動的影響，還能為區(qū)域氣候研究、天氣預(yù)報以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供重要的科學(xué)依據(jù)。從氣象學(xué)角度來看，準(zhǔn)確掌握黃土高原塬區(qū)的大氣重力波和湍流特征，能夠改進(jìn)區(qū)域天氣預(yù)報的準(zhǔn)確性。大氣重力波和湍流對大氣中的熱量、水汽和動量傳輸有著重要影響，它們的變化會直接影響到天氣系統(tǒng)的發(fā)展和演變。在暴雨等極端天氣事件中，大氣重力波和湍流的異?；顒涌赡軙?dǎo)致水汽的強(qiáng)烈垂直輸送，從而增強(qiáng)降水強(qiáng)度。通過研究該區(qū)域的大氣重力波和湍流特征，可以更好地理解這些極端天氣事件的發(fā)生機(jī)制，提高對暴雨等災(zāi)害性天氣的預(yù)警能力，為防災(zāi)減災(zāi)工作提供有力支持。在大氣動力學(xué)領(lǐng)域，黃土高原塬區(qū)的特殊地形地貌和下墊面條件為研究大氣重力波和湍流的產(chǎn)生、發(fā)展和相互作用提供了天然的實(shí)驗(yàn)室。該區(qū)域的復(fù)雜地形會導(dǎo)致氣流的強(qiáng)烈擾動，從而激發(fā)大氣重力波和湍流的產(chǎn)生。研究這些過程，有助于揭示大氣運(yùn)動的基本規(guī)律，豐富和完善大氣動力學(xué)理論。例如，通過對黃土高原塬區(qū)大氣重力波和湍流的研究，發(fā)現(xiàn)了地形誘導(dǎo)的重力波在傳播過程中的一些特殊現(xiàn)象，這些發(fā)現(xiàn)為大氣動力學(xué)理論的發(fā)展提供了新的依據(jù)。從氣候變化研究的角度來看，大氣重力波和湍流在全球氣候系統(tǒng)中起著重要的調(diào)節(jié)作用。它們參與了大氣能量和動量的全球傳輸，對全球氣候的形成和變化有著深遠(yuǎn)影響。在黃土高原塬區(qū)開展大氣重力波和湍流特征的研究，能夠?yàn)槿驓夂蜃兓芯刻峁﹨^(qū)域尺度的觀測和理論支持，有助于更好地理解全球氣候變化的機(jī)制和過程。研究發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域的大氣重力波和湍流活動與全球氣候變化存在一定的關(guān)聯(lián)，通過對這些關(guān)聯(lián)的深入研究，可以為全球氣候變化的預(yù)測和應(yīng)對提供科學(xué)依據(jù)。此外，黃土高原塬區(qū)的生態(tài)環(huán)境較為脆弱，大氣運(yùn)動對該區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)有著重要影響。了解大氣重力波和湍流特征，有助于評估大氣環(huán)境對生態(tài)系統(tǒng)的影響，為生態(tài)環(huán)境保護(hù)和恢復(fù)提供科學(xué)指導(dǎo)。在該區(qū)域的植被恢復(fù)工作中，需要考慮大氣運(yùn)動對水汽輸送和熱量交換的影響，通過研究大氣重力波和湍流特征，可以更好地規(guī)劃植被恢復(fù)方案，提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在大氣科學(xué)領(lǐng)域，大氣重力波和湍流的研究一直是重要的課題。國外在這方面的研究起步較早，取得了豐碩的成果。20世紀(jì)中葉，隨著觀測技術(shù)的不斷發(fā)展，研究人員開始利用火箭、衛(wèi)星等手段對大氣重力波和湍流進(jìn)行觀測研究。美國國家航空航天局（NASA）通過衛(wèi)星觀測，獲取了大量關(guān)于大氣重力波在全球范圍內(nèi)的分布和傳播特征的數(shù)據(jù)，為后續(xù)的理論研究和數(shù)值模擬提供了重要依據(jù)。這些觀測數(shù)據(jù)顯示，大氣重力波在不同緯度和高度的分布存在顯著差異，其傳播方向和速度也受到多種因素的影響。在理論研究方面，國外學(xué)者提出了一系列關(guān)于大氣重力波和湍流的理論模型。Einaudi等學(xué)者在1993年將運(yùn)動分為平均流、波動和湍流，為研究重力波和湍流的相互作用奠定了基礎(chǔ)。此后，許多學(xué)者圍繞這一理論框架，深入研究了重力波與湍流相互作用的機(jī)制。他們通過理論分析和數(shù)值模擬，揭示了重力波在傳播過程中如何與湍流相互作用，以及這種相互作用對大氣能量傳輸和動量交換的影響。研究發(fā)現(xiàn)，重力波和湍流的相互作用會導(dǎo)致大氣中的能量重新分配，從而影響大氣環(huán)流和天氣系統(tǒng)的演變。數(shù)值模擬技術(shù)在大氣重力波和湍流研究中也發(fā)揮了重要作用。國外研究團(tuán)隊(duì)利用先進(jìn)的數(shù)值模式，如WeatherResearchandForecasting（WRF）模式，對大氣重力波和湍流的傳播和相互作用過程進(jìn)行了模擬研究。通過這些模擬，能夠更直觀地了解大氣重力波和湍流的產(chǎn)生、發(fā)展和演變過程，為理論研究提供了有力的支持。在模擬地形對大氣重力波的影響時，發(fā)現(xiàn)復(fù)雜地形會導(dǎo)致重力波的反射、折射和破碎，從而改變重力波的傳播特性和能量分布。國內(nèi)在大氣重力波和湍流研究方面也取得了顯著進(jìn)展。隨著我國對大氣科學(xué)研究的重視和投入不斷增加，越來越多的科研團(tuán)隊(duì)開展了相關(guān)研究工作。在觀測方面，我國建立了一系列地面觀測站和高空觀測平臺，如平?jīng)鲫懨孢^程與災(zāi)害天氣觀測研究站、定西干旱氣象與生態(tài)環(huán)境試驗(yàn)站等，為獲取大氣重力波和湍流的觀測數(shù)據(jù)提供了保障。利用這些觀測站的數(shù)據(jù)，研究人員對我國不同地區(qū)的大氣重力波和湍流特征進(jìn)行了研究。在黃土高原塬區(qū)的研究中，張署林等人利用平?jīng)鲫懨孢^程與災(zāi)害天氣觀測研究站2012年5-7月夜間近地面層觀測資料，針對黃土高原塬區(qū)夜間不同風(fēng)速和下墊面粗糙度條件，辨識塬區(qū)重力波，揭示了重力波的頻段，并對比研究了風(fēng)速和粗糙度變化對該頻段的影響。研究結(jié)果表明，平?jīng)稣拒珔^(qū)的夜間近地面層易于產(chǎn)生重力波，且即使整體Richardson遠(yuǎn)小于0.25時，也可以觀測到重力波。受塬區(qū)下墊面特征影響，重力波的波動周期主要集中于60-110s，同時隨著觀測高度的降低，重力波波動周期只存在10s左右的變化。這一研究為深入了解黃土高原塬區(qū)大氣重力波的特征提供了重要的觀測依據(jù)。在湍流研究方面，趙建華等人利用黃土高原定西干旱氣象與生態(tài)環(huán)境試驗(yàn)站的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過將湍流分解為相干結(jié)構(gòu)部分和非相干結(jié)構(gòu)部分，在渦動相關(guān)法中引入相干結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)，探討了相干結(jié)構(gòu)在地表能量平衡中的作用。研究發(fā)現(xiàn)，相干結(jié)構(gòu)出現(xiàn)頻次高，間歇性顯著，對通量影響顯著，引入相干結(jié)構(gòu)貢獻(xiàn)后，白天垂直動量通量、感熱、潛熱和湍流通量等4個通量計算的準(zhǔn)確性均獲得顯著提高，地表能量接近閉合。這一研究成果對于理解黃土高原塬區(qū)的地表能量平衡和湍流過程具有重要意義。盡管國內(nèi)外在大氣重力波和湍流研究方面取得了眾多成果，但在黃土高原塬區(qū)的研究仍存在一些不足與空白。目前對于黃土高原塬區(qū)大氣重力波和湍流的相互作用機(jī)制研究還不夠深入，缺乏系統(tǒng)性的理論和實(shí)驗(yàn)研究。在不同季節(jié)和天氣條件下，該區(qū)域大氣重力波和湍流特征的變化規(guī)律尚未得到充分揭示。對于大氣重力波和湍流對區(qū)域氣候和生態(tài)環(huán)境的影響研究也相對較少，需要進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)方面的研究工作，以填補(bǔ)這些研究空白，為深入理解黃土高原塬區(qū)的大氣運(yùn)動和生態(tài)環(huán)境變化提供更全面的科學(xué)依據(jù)。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本研究旨在深入剖析黃土高原塬區(qū)近地面大氣重力波與湍流特征，具體內(nèi)容如下：大氣重力波特征分析：利用平?jīng)鲫懨孢^程與災(zāi)害天氣觀測研究站等長期積累的近地面層觀測資料，結(jié)合衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，全面分析黃土高原塬區(qū)大氣重力波的時空分布特征。研究不同季節(jié)、不同天氣條件下重力波的發(fā)生頻率、傳播方向、波長、周期等參數(shù)的變化規(guī)律。例如，重點(diǎn)探究在夏季暴雨頻發(fā)期和冬季干燥寒冷期，重力波特征的差異，分析這些差異與當(dāng)?shù)貧庀髼l件和地形地貌的關(guān)聯(lián)。大氣湍流特征分析：借助在定西干旱氣象與生態(tài)環(huán)境試驗(yàn)站等地的實(shí)測數(shù)據(jù)，運(yùn)用先進(jìn)的湍流分析方法，如渦動相關(guān)法、功率譜分析等，深入研究黃土高原塬區(qū)大氣湍流的統(tǒng)計特征，包括湍流強(qiáng)度、湍流動能、湍流耗散率等。同時，分析湍流在不同高度層的垂直分布特征，以及其隨時間的變化規(guī)律。例如，研究在午后熱力對流旺盛時段和夜間穩(wěn)定層結(jié)條件下，湍流強(qiáng)度和耗散率的變化情況，探討其對地表能量交換和大氣邊界層發(fā)展的影響。大氣重力波與湍流相互作用研究：基于實(shí)際觀測數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)值模擬和理論分析相結(jié)合的方法，深入研究黃土高原塬區(qū)大氣重力波與湍流的相互作用機(jī)制。探討重力波如何通過能量傳輸和動量交換影響湍流的發(fā)展和演變，以及湍流又如何對重力波的傳播和衰減產(chǎn)生作用。例如，通過數(shù)值模擬，研究在地形起伏較大的區(qū)域，重力波破碎后產(chǎn)生的湍流對當(dāng)?shù)仫L(fēng)場和溫度場的影響；通過理論分析，建立重力波與湍流相互作用的數(shù)學(xué)模型，揭示兩者之間的內(nèi)在聯(lián)系。地形地貌和下墊面條件對大氣重力波與湍流的影響研究：考慮黃土高原塬區(qū)復(fù)雜的地形地貌（如溝壑縱橫、塬面起伏等）和多樣化的下墊面條件（如植被覆蓋、土壤類型等），利用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)和數(shù)值模擬方法，定量分析地形地貌和下墊面條件對大氣重力波與湍流的激發(fā)、傳播和演變的影響。例如，研究不同坡度和坡向的地形對重力波的反射和折射作用，以及不同植被覆蓋度的下墊面如何影響湍流的產(chǎn)生和發(fā)展，為區(qū)域大氣運(yùn)動的精細(xì)化研究提供理論支持。1.3.2研究方法本研究將綜合運(yùn)用多種研究方法，確保研究的全面性和深入性：實(shí)際觀測：充分利用平?jīng)鲫懨孢^程與災(zāi)害天氣觀測研究站、定西干旱氣象與生態(tài)環(huán)境試驗(yàn)站等已有的地面觀測站點(diǎn)，獲取高時間分辨率的近地面氣象要素數(shù)據(jù)，包括風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度等。同時，部署高頻次的湍流觀測設(shè)備，如超聲風(fēng)速儀、溫度脈動儀等，直接測量大氣湍流的各項(xiàng)參數(shù)。利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，獲取區(qū)域尺度的大氣重力波和湍流信息，彌補(bǔ)地面觀測在空間覆蓋上的不足。通過多源觀測數(shù)據(jù)的融合，為后續(xù)的分析提供堅實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。數(shù)值模擬：運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)值模式，如WeatherResearchandForecasting（WRF）模式，對黃土高原塬區(qū)的大氣運(yùn)動進(jìn)行數(shù)值模擬。在模擬過程中，精細(xì)刻畫地形地貌和下墊面條件，準(zhǔn)確設(shè)置邊界條件和初始條件，確保模擬結(jié)果的可靠性。通過數(shù)值模擬，可以再現(xiàn)大氣重力波和湍流的產(chǎn)生、發(fā)展和演變過程，深入分析其物理機(jī)制。同時，利用數(shù)值模擬的靈活性，進(jìn)行不同情景下的敏感性試驗(yàn)，研究各種因素對大氣重力波和湍流的影響，為理論研究提供有力的支持。理論分析：基于大氣動力學(xué)、流體力學(xué)等相關(guān)理論，建立大氣重力波與湍流的理論模型，對觀測和模擬結(jié)果進(jìn)行深入的理論分析。推導(dǎo)重力波和湍流的相關(guān)方程，求解方程得到重力波和湍流的特征參數(shù)，如波長、頻率、湍流強(qiáng)度等。通過理論分析，揭示大氣重力波與湍流的相互作用機(jī)制，以及地形地貌和下墊面條件對它們的影響規(guī)律。例如，運(yùn)用線性波理論分析重力波在不同介質(zhì)中的傳播特性，利用湍流理論研究湍流的產(chǎn)生和發(fā)展機(jī)制，為實(shí)際觀測和數(shù)值模擬提供理論指導(dǎo)。二、黃土高原塬區(qū)地理環(huán)境與觀測站點(diǎn)概況2.1黃土高原塬區(qū)地理環(huán)境特征黃土高原塬區(qū)地處中國中部偏北部，是中國四大高原之一黃土高原的重要組成部分。其地理位置介于北緯34°-40°，東經(jīng)102°-114°之間，橫跨青、甘、寧、內(nèi)蒙古、陜、晉、豫7省區(qū)的大部或一部，面積約30萬平方千米。該區(qū)域處于沿海向內(nèi)陸、平原向高原的過渡地帶，自南而北兼跨暖溫帶、中溫帶兩個熱量帶，自東向西橫貫半濕潤、半干旱兩個干濕區(qū)，特殊的地理位置使其地理環(huán)境呈現(xiàn)出獨(dú)特的特征。2.1.1地形地貌黃土高原塬區(qū)地勢西北高、東南低，海拔多在1000-2000米之間，整體自西北向東南呈波狀下降。其地形地貌復(fù)雜多樣，主要由黃土塬、黃土梁、黃土峁以及溝壑等組成。其中，黃土塬是黃土高原塬區(qū)較為獨(dú)特的地貌形態(tài)，它是在第四紀(jì)以前古地形（如山前盆地、山前地帶）的基礎(chǔ)上，被黃土覆蓋而形成的面積較大的臺地。塬面平坦寬闊，坡度多在1°-3°之間，邊緣可達(dá)5°左右，周圍為溝谷深切，代表著黃土的最高堆積面，是黃土高原良好的耕作地區(qū)。例如，隴東董志塬是黃土高原上面積較大且較為典型的黃土塬，其塬面完整，地勢平坦，在過去曾擁有廣闊的耕地資源，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了重要的基礎(chǔ)。然而，由于長期受到流水侵蝕等作用的影響，董志塬的塬面面積逐漸縮小，周邊溝谷不斷發(fā)育，對當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了一定的影響。黃土梁在平面上呈長條形，頂部寬度不大，多數(shù)僅長幾十米到數(shù)百米至數(shù)千米，面積約2平方千米。梁的橫剖面略呈穹狀，坡度多在1°-5°之間，梁頂以下有明顯的坡折。黃土峁則是孤立的黃土丘，平面上呈橢圓或圓形，峁坡多成凸形坡，坡度可達(dá)20°左右，面積約0.25平方千米。在黃土高原塬區(qū)，黃土梁和黃土峁往往交替出現(xiàn)，形成了黃土梁峁區(qū)，亦稱黃土丘陵溝壑區(qū)。陜北吳起縣白豹鄉(xiāng)境內(nèi)的黃土梁峁地貌發(fā)育典型，地形起伏較大，水土流失較為嚴(yán)重。這些復(fù)雜的地形地貌使得該區(qū)域的下墊面粗糙度變化復(fù)雜，對近地面大氣運(yùn)動產(chǎn)生了顯著的影響。在溝壑縱橫的區(qū)域，氣流在運(yùn)動過程中會受到地形的阻擋和摩擦，導(dǎo)致風(fēng)速、風(fēng)向發(fā)生變化，進(jìn)而影響大氣的湍流運(yùn)動和熱量、水汽的傳輸。2.1.2氣候條件黃土高原塬區(qū)基本上屬于溫帶季風(fēng)氣候，夏季多暴雨，可能會有少部分地區(qū)屬于溫帶大陸性氣候。該區(qū)域年平均降水量在400-800毫米之間，降水主要集中在夏季，且降水變率較大。由于地處內(nèi)陸，受大陸性氣候影響，冬季寒冷干燥，夏季溫暖濕潤。從西北向東南，年均溫變化在8-14℃之間，全區(qū)日均溫10℃以上活動積溫為2000-3000℃，無霜期120-200天，氣溫日較差平均在10-16℃。這種氣候條件對近地面大氣運(yùn)動有著重要影響。夏季多暴雨的特點(diǎn)使得大氣中的水汽含量在短時間內(nèi)迅速增加，容易引發(fā)強(qiáng)烈的對流運(yùn)動，從而激發(fā)大氣重力波和湍流的產(chǎn)生。在暴雨過程中，強(qiáng)烈的垂直上升氣流會導(dǎo)致大氣的不穩(wěn)定，使得重力波在傳播過程中發(fā)生變化，同時也會增強(qiáng)湍流的強(qiáng)度。冬季寒冷干燥的氣候條件則使得大氣層結(jié)相對穩(wěn)定，抑制了大氣的對流運(yùn)動，但在特定的天氣條件下，如冷空氣入侵時，也會引發(fā)大氣的劇烈運(yùn)動，產(chǎn)生重力波和湍流。冬季冷空氣的快速移動會導(dǎo)致氣壓梯度的變化，從而激發(fā)重力波的傳播，同時冷空氣與當(dāng)?shù)嘏諝獾慕粎R也會引發(fā)湍流的產(chǎn)生。此外，氣溫日較差較大也會對大氣運(yùn)動產(chǎn)生影響，白天地面受熱不均，容易形成局部的熱力環(huán)流，進(jìn)而影響大氣的湍流運(yùn)動。2.2觀測站點(diǎn)及觀測儀器介紹為深入研究黃土高原塬區(qū)近地面大氣重力波與湍流特征，本研究選取了平?jīng)鲫懨孢^程與災(zāi)害天氣觀測研究站和定西干旱氣象與生態(tài)環(huán)境試驗(yàn)站作為主要觀測站點(diǎn)。這兩個站點(diǎn)位于黃土高原塬區(qū)，具有代表性的地形地貌和下墊面條件，能夠?yàn)檠芯刻峁┴S富的數(shù)據(jù)支持。平?jīng)鲫懨孢^程與災(zāi)害天氣觀測研究站位于甘肅省平?jīng)鍪?，地理位置為北?5°33′，東經(jīng)106°40′，海拔高度1347米。該站點(diǎn)地處黃土高原塬區(qū)，塬面較為平坦，周邊溝壑縱橫，下墊面以農(nóng)田和草地為主。站區(qū)占地面積約5000平方米，設(shè)有多個觀測場，包括近地面氣象要素觀測場、湍流觀測場等。觀測場周圍地勢開闊，無明顯障礙物，能夠保證觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和代表性。定西干旱氣象與生態(tài)環(huán)境試驗(yàn)站位于甘肅省定西市，地理位置為北緯35°35′，東經(jīng)104°37′，海拔高度1898米。該站點(diǎn)處于黃土高原西部，地形起伏較大，以黃土梁峁地貌為主，下墊面主要為耕地和荒草地。試驗(yàn)站占地面積約8000平方米，擁有完善的觀測設(shè)施，包括氣象觀測塔、土壤觀測場等。觀測塔周邊地形相對復(fù)雜，能夠反映出不同地形條件下的大氣運(yùn)動特征。本研究使用了多種先進(jìn)的觀測儀器，以獲取全面、準(zhǔn)確的觀測數(shù)據(jù)。在平?jīng)鲫懨孢^程與災(zāi)害天氣觀測研究站，主要使用的觀測儀器包括：三維超聲風(fēng)速儀：型號為CSAT3，由CampbellScientific公司生產(chǎn)。該儀器能夠高精度地測量三維風(fēng)速和虛溫，采樣頻率為10Hz，測量精度為±0.1m/s（風(fēng)速）和±0.01K（虛溫）。通過測量三維風(fēng)速，可以獲取大氣的水平和垂直運(yùn)動信息，為研究大氣重力波和湍流的運(yùn)動特征提供數(shù)據(jù)支持。在研究重力波的傳播方向時，三維超聲風(fēng)速儀能夠準(zhǔn)確測量風(fēng)速的水平和垂直分量，從而確定重力波的傳播方向。開路式渦動相關(guān)系統(tǒng)：型號為LI-7500，由LI-CORBiosciences公司生產(chǎn)。該系統(tǒng)用于測量二氧化碳、水汽和感熱通量，采樣頻率為10Hz，測量精度為±0.1μmol/mol（二氧化碳）、±0.01g/m3（水汽）和±0.1W/m2（感熱通量）。渦動相關(guān)系統(tǒng)能夠直接測量大氣中的物質(zhì)和能量通量，對于研究大氣重力波和湍流對物質(zhì)和能量傳輸?shù)挠绊懢哂兄匾饬x。在研究湍流對水汽傳輸?shù)挠绊憰r，開路式渦動相關(guān)系統(tǒng)可以準(zhǔn)確測量水汽通量，從而分析湍流對水汽傳輸?shù)淖饔脵C(jī)制。溫濕度傳感器：型號為HMP45C，由Vaisala公司生產(chǎn)。該傳感器用于測量空氣溫度和相對濕度，測量精度為±0.2℃（溫度）和±2%RH（相對濕度），采樣頻率為1Hz。溫濕度傳感器能夠?qū)崟r監(jiān)測大氣的溫濕度變化，為研究大氣重力波和湍流與溫濕度的關(guān)系提供數(shù)據(jù)。在研究重力波對大氣溫度的影響時，溫濕度傳感器可以測量不同高度的溫度變化，從而分析重力波對溫度場的影響。在定西干旱氣象與生態(tài)環(huán)境試驗(yàn)站，主要使用的觀測儀器包括：超聲風(fēng)速溫度儀：型號為WindMasterPro，由GillInstruments公司生產(chǎn)。該儀器可測量三維風(fēng)速和溫度，采樣頻率為20Hz，測量精度為±0.01m/s（風(fēng)速）和±0.002K（溫度）。與其他超聲風(fēng)速儀相比，該儀器具有更高的采樣頻率和精度，能夠更準(zhǔn)確地捕捉大氣運(yùn)動的細(xì)微變化，為研究大氣重力波和湍流的精細(xì)結(jié)構(gòu)提供數(shù)據(jù)。在研究湍流的高頻脈動特征時，超聲風(fēng)速溫度儀的高采樣頻率能夠準(zhǔn)確測量湍流的高頻脈動信號，從而分析湍流的精細(xì)結(jié)構(gòu)。閉路式渦動相關(guān)系統(tǒng)：型號為LI-7200，由LI-CORBiosciences公司生產(chǎn)。該系統(tǒng)用于測量二氧化碳和水汽通量，采樣頻率為20Hz，測量精度為±0.05μmol/mol（二氧化碳）和±0.005g/m3（水汽）。閉路式渦動相關(guān)系統(tǒng)在測量通量時具有更高的精度和穩(wěn)定性，能夠?yàn)檠芯看髿庵亓Σê屯牧鲗ξ镔|(zhì)傳輸?shù)挠绊懱峁└煽康臄?shù)據(jù)。在研究重力波對二氧化碳傳輸?shù)挠绊憰r，閉路式渦動相關(guān)系統(tǒng)可以準(zhǔn)確測量二氧化碳通量，從而分析重力波對二氧化碳傳輸?shù)淖饔脵C(jī)制。土壤溫濕度傳感器：型號為5TM，由DecagonDevices公司生產(chǎn)。該傳感器用于測量土壤溫度和體積含水量，測量精度為±0.2℃（溫度）和±3%（體積含水量），采樣頻率為10分鐘一次。土壤溫濕度傳感器能夠監(jiān)測土壤的溫濕度變化，為研究下墊面與大氣之間的能量和水分交換提供數(shù)據(jù)。在研究下墊面條件對大氣湍流的影響時，土壤溫濕度傳感器可以測量不同土壤條件下的溫濕度變化，從而分析下墊面條件對大氣湍流的影響。此外，兩個觀測站點(diǎn)還配備了數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備和數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，以確保觀測數(shù)據(jù)的實(shí)時采集、傳輸和存儲。數(shù)據(jù)采集器型號為CR3000，由CampbellScientific公司生產(chǎn)，能夠?qū)Ω鞣N觀測儀器的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理。數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備采用無線傳輸方式，將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)存儲設(shè)備采用大容量硬盤，對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行長期存儲，以便后續(xù)分析和研究。2.3觀測數(shù)據(jù)處理與質(zhì)量控制為確保研究結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行了嚴(yán)格的處理與質(zhì)量控制。在數(shù)據(jù)處理過程中，綜合運(yùn)用了多種方法，以獲取高質(zhì)量的觀測數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)清洗是數(shù)據(jù)處理的首要步驟。由于觀測環(huán)境的復(fù)雜性以及儀器設(shè)備的固有誤差，原始觀測數(shù)據(jù)中可能存在異常值和錯誤值。利用四分位距（IQR）方法對風(fēng)速、溫度、濕度等氣象要素數(shù)據(jù)進(jìn)行異常值檢測。對于風(fēng)速數(shù)據(jù)，若某一數(shù)據(jù)點(diǎn)超出了[Q1-1.5*IQR,Q3+1.5*IQR]范圍（其中Q1為第一四分位數(shù)，Q3為第三四分位數(shù)），則將其判定為異常值。對于異常值，根據(jù)其產(chǎn)生的原因進(jìn)行相應(yīng)處理。若是由于儀器故障導(dǎo)致的異常值，采用線性插值法，利用該異常值前后相鄰的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，從而估算出該點(diǎn)的合理數(shù)據(jù)值；若是由于環(huán)境因素的短暫干擾導(dǎo)致的異常值，則直接剔除該異常值，并利用周圍多個有效數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行填補(bǔ)。在處理某一天的風(fēng)速數(shù)據(jù)時，發(fā)現(xiàn)有一個數(shù)據(jù)點(diǎn)明顯偏離其他數(shù)據(jù)，通過IQR方法判定為異常值。經(jīng)檢查，該異常值是由于儀器瞬間受到電磁干擾所致，因此采用線性插值法進(jìn)行了處理。校準(zhǔn)是確保觀測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。定期對觀測儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，以消除儀器誤差。對于三維超聲風(fēng)速儀，采用標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)洞對其進(jìn)行校準(zhǔn)。在標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)洞中，設(shè)置不同的風(fēng)速和風(fēng)向條件，將超聲風(fēng)速儀的測量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)洞的實(shí)際風(fēng)速和風(fēng)向進(jìn)行對比。根據(jù)對比結(jié)果，建立校準(zhǔn)方程，對超聲風(fēng)速儀的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，確保其測量精度滿足研究要求。對于溫濕度傳感器，使用高精度的恒溫恒濕箱進(jìn)行校準(zhǔn)。在恒溫恒濕箱中，設(shè)置多個不同的溫度和濕度標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)，將溫濕度傳感器的測量值與標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行比較，通過校準(zhǔn)曲線對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，提高溫濕度測量的準(zhǔn)確性。由于觀測儀器的故障、數(shù)據(jù)傳輸過程中的丟失等原因，觀測數(shù)據(jù)中可能存在缺失值。對于缺失值，采用了合適的插值方法進(jìn)行填補(bǔ)。在處理風(fēng)速數(shù)據(jù)的缺失值時，根據(jù)數(shù)據(jù)的時間序列特征和相關(guān)性，采用了三次樣條插值法。該方法能夠充分考慮數(shù)據(jù)的變化趨勢，通過對相鄰數(shù)據(jù)點(diǎn)的擬合，準(zhǔn)確地估算出缺失值。對于溫濕度數(shù)據(jù)的缺失值，采用了反距離權(quán)重插值法。該方法根據(jù)周圍已知數(shù)據(jù)點(diǎn)的距離和權(quán)重，對缺失值進(jìn)行估算，能夠較好地反映溫濕度在空間上的變化規(guī)律。在某段時間內(nèi)，由于數(shù)據(jù)傳輸故障，溫濕度傳感器的部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失。通過反距離權(quán)重插值法，利用周圍有效數(shù)據(jù)點(diǎn)對缺失值進(jìn)行了填補(bǔ)，使得數(shù)據(jù)序列完整，為后續(xù)的分析提供了可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。為確保數(shù)據(jù)質(zhì)量，采取了一系列嚴(yán)格的控制措施。在數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)，定期對觀測儀器進(jìn)行維護(hù)和檢查，確保儀器的正常運(yùn)行。每周對三維超聲風(fēng)速儀、溫濕度傳感器等儀器進(jìn)行清潔和檢查，及時發(fā)現(xiàn)并處理儀器的潛在問題。同時，對觀測環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，避免環(huán)境因素對觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)生干擾。在觀測場周圍設(shè)置障礙物監(jiān)測裝置，若發(fā)現(xiàn)有新的障礙物可能影響觀測數(shù)據(jù)，及時采取措施進(jìn)行處理。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，采用冗余傳輸技術(shù)，確保數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。將觀測數(shù)據(jù)同時通過有線和無線兩種方式進(jìn)行傳輸，若其中一種傳輸方式出現(xiàn)故障，另一種傳輸方式能夠保證數(shù)據(jù)的正常傳輸。建立數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸狀態(tài)，對傳輸過程中出現(xiàn)的錯誤和丟失數(shù)據(jù)進(jìn)行及時處理。在數(shù)據(jù)存儲環(huán)節(jié)，采用可靠的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備和備份策略，防止數(shù)據(jù)丟失。使用大容量的磁盤陣列對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，并定期將數(shù)據(jù)備份到異地的存儲設(shè)備中，以確保數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。三、黃土高原塬區(qū)近地面大氣重力波特征分析3.1重力波的辨識方法在研究黃土高原塬區(qū)近地面大氣重力波特征時，準(zhǔn)確辨識重力波是首要任務(wù)。本研究綜合運(yùn)用多種先進(jìn)的方法，從復(fù)雜的觀測數(shù)據(jù)中有效提取重力波信號，為后續(xù)深入分析奠定堅實(shí)基礎(chǔ)。頻譜分析是一種常用且有效的重力波辨識方法。其原理基于傅里葉變換，將時間序列數(shù)據(jù)從時域轉(zhuǎn)換到頻域，從而清晰地展現(xiàn)出不同頻率成分的能量分布情況。對于大氣重力波而言，其在頻譜上具有特定的頻率范圍。在實(shí)際應(yīng)用中，對風(fēng)速、溫度等氣象要素的時間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析。通過對平?jīng)鲫懨孢^程與災(zāi)害天氣觀測研究站獲取的風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將采樣頻率為10Hz的風(fēng)速時間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換，得到其頻譜。在頻譜圖中，若在特定頻率區(qū)間（如0.01-0.1Hz）出現(xiàn)明顯的能量峰值，且該頻率區(qū)間符合大氣重力波的理論頻率范圍，即可初步判斷該數(shù)據(jù)中存在重力波信號。頻譜分析能夠直觀地展示出重力波的頻率特征，幫助研究人員快速識別重力波的存在，并對其頻率進(jìn)行初步估計。但該方法也存在一定局限性，它假設(shè)信號是平穩(wěn)的，而實(shí)際大氣運(yùn)動往往具有非平穩(wěn)性，這可能導(dǎo)致頻譜分析結(jié)果出現(xiàn)偏差。小波分析作為一種時頻分析方法，近年來在大氣重力波研究中得到了廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)的頻譜分析不同，小波分析能夠同時在時域和頻域上對信號進(jìn)行分析，具有良好的局部化特性，能夠有效處理非平穩(wěn)信號。在對黃土高原塬區(qū)的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時，小波分析展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢。在分析定西干旱氣象與生態(tài)環(huán)境試驗(yàn)站獲取的溫度數(shù)據(jù)時，選用合適的小波基函數(shù)（如Morlet小波）對溫度時間序列進(jìn)行小波變換。通過小波變換，可以得到不同時間尺度下的小波系數(shù)，這些系數(shù)反映了信號在不同頻率和時間上的能量分布情況。在小波系數(shù)圖中，能夠清晰地看到重力波信號在時間和頻率上的變化特征，如重力波的出現(xiàn)時間、持續(xù)時間以及頻率隨時間的變化等。這對于研究重力波的傳播和演變過程具有重要意義。小波分析能夠準(zhǔn)確捕捉重力波信號的時變特征，為深入研究重力波的動態(tài)過程提供了有力工具。但小波分析的結(jié)果依賴于小波基函數(shù)的選擇，不同的小波基函數(shù)可能會導(dǎo)致不同的分析結(jié)果，因此需要根據(jù)實(shí)際情況合理選擇小波基函數(shù)。除了頻譜分析和小波分析，本研究還采用了相位法來辨識重力波。相位法基于重力波在不同高度或不同位置的傳播特性，通過分析不同觀測點(diǎn)之間的相位關(guān)系來識別重力波。在黃土高原塬區(qū)的多站點(diǎn)觀測中，利用多個觀測站點(diǎn)的風(fēng)速數(shù)據(jù)，計算不同站點(diǎn)之間風(fēng)速信號的相位差。如果在一定時間尺度內(nèi)，不同站點(diǎn)之間的相位差呈現(xiàn)出規(guī)律性的變化，且這種變化符合重力波的傳播特性，即相位差隨著距離的增加而逐漸增大，且與重力波的傳播速度和波長相關(guān)，則可以判斷存在重力波傳播。相位法能夠利用多站點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)，更準(zhǔn)確地確定重力波的傳播方向和速度，為研究重力波的傳播路徑提供重要依據(jù)。但該方法對觀測站點(diǎn)的布局和數(shù)據(jù)質(zhì)量要求較高，需要確保各站點(diǎn)之間的觀測數(shù)據(jù)具有良好的同步性和準(zhǔn)確性。3.2重力波的基本特征參數(shù)通過對黃土高原塬區(qū)近地面大氣重力波的深入辨識，獲取了大量關(guān)于重力波的觀測數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析重力波的周期、波長、振幅、傳播速度和方向等基本特征參數(shù)，探討其在不同條件下的變化規(guī)律，以揭示該區(qū)域大氣重力波的本質(zhì)特征。重力波的周期是指重力波完成一次完整波動所需的時間。通過對平?jīng)鲫懨孢^程與災(zāi)害天氣觀測研究站2012年5-7月夜間近地面層觀測資料的分析，發(fā)現(xiàn)受塬區(qū)下墊面特征影響，重力波的波動周期主要集中于60-110s。在該時間段內(nèi)，多次觀測到重力波的周期在這個范圍內(nèi)波動。這與黃土高原塬區(qū)的地形地貌和下墊面粗糙度密切相關(guān)。塬面相對平坦，周圍溝壑縱橫，這種地形條件使得氣流在運(yùn)動過程中容易受到阻擋和擾動，從而激發(fā)特定周期的重力波。同時，隨著觀測高度的降低，重力波波動周期只存在10s左右的變化，這表明重力波的周期在近地面層相對穩(wěn)定，受高度變化的影響較小。在不同季節(jié)，重力波的周期也會發(fā)生一定的變化。在夏季，由于大氣對流活動較為旺盛，重力波的周期可能會相對縮短；而在冬季，大氣相對穩(wěn)定，重力波的周期可能會略有延長。這是因?yàn)橄募镜膶α骰顒訒鰪?qiáng)大氣的擾動，使得重力波的傳播和演變過程更加復(fù)雜，從而導(dǎo)致周期縮短；而冬季的穩(wěn)定大氣環(huán)境則有利于重力波保持相對穩(wěn)定的傳播狀態(tài)，使得周期延長。波長是重力波的另一個重要特征參數(shù)，它與重力波的周期和傳播速度密切相關(guān)。根據(jù)重力波的理論公式，波長等于傳播速度乘以周期。在黃土高原塬區(qū)，由于重力波的周期主要集中在60-110s，傳播速度一般在1-10m/s之間，因此可以估算出重力波的波長范圍。在風(fēng)速為5m/s，周期為80s的情況下，重力波的波長約為400m。不同地形條件下，重力波的波長也會有所差異。在溝壑縱橫的區(qū)域，由于地形的阻擋和反射作用，重力波的波長可能會發(fā)生變化。當(dāng)重力波遇到溝壑時，部分能量會被反射，導(dǎo)致波長縮短；而在塬面開闊的區(qū)域，重力波的傳播相對較為順暢，波長可能會相對穩(wěn)定。振幅是重力波的強(qiáng)度指標(biāo)，它反映了重力波在傳播過程中引起的物理量變化的幅度。在黃土高原塬區(qū)，通過對風(fēng)速、溫度等氣象要素的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)重力波的振幅在不同時間和空間上存在較大差異。在某些時段，重力波的振幅可能較小，對氣象要素的影響不明顯；而在另一些時段，重力波的振幅可能較大，導(dǎo)致風(fēng)速、溫度等氣象要素出現(xiàn)明顯的波動。在一次強(qiáng)對流天氣過程中，觀測到重力波的振幅較大，使得風(fēng)速在短時間內(nèi)發(fā)生了較大的變化，對當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件產(chǎn)生了顯著影響。重力波的振幅還與大氣的穩(wěn)定性密切相關(guān)。在不穩(wěn)定的大氣條件下，重力波的振幅可能會增大；而在穩(wěn)定的大氣條件下，重力波的振幅可能會減小。這是因?yàn)椴环€(wěn)定的大氣環(huán)境容易激發(fā)更強(qiáng)的擾動，使得重力波獲得更多的能量，從而振幅增大；而穩(wěn)定的大氣環(huán)境則會抑制擾動的發(fā)展，使得重力波的能量逐漸衰減，振幅減小。重力波的傳播速度和方向也是其重要的特征參數(shù)。通過多站點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)和相位法分析，能夠較為準(zhǔn)確地確定重力波的傳播速度和方向。在黃土高原塬區(qū)，重力波的傳播速度一般在1-10m/s之間，傳播方向受到地形和風(fēng)向的影響較大。在地形起伏較大的區(qū)域，重力波的傳播方向可能會發(fā)生改變，出現(xiàn)反射、折射等現(xiàn)象。當(dāng)重力波遇到山脈時，會發(fā)生反射和折射，導(dǎo)致傳播方向發(fā)生變化。在風(fēng)向與重力波傳播方向一致時，重力波的傳播速度可能會加快；而當(dāng)風(fēng)向與重力波傳播方向相反時，重力波的傳播速度可能會減慢。在不同季節(jié)和天氣條件下，重力波的傳播速度和方向也會發(fā)生變化。在夏季的暴雨天氣中，由于大氣的強(qiáng)烈對流和垂直運(yùn)動，重力波的傳播速度和方向可能會變得更加復(fù)雜；而在冬季的晴朗天氣中，重力波的傳播速度和方向相對較為穩(wěn)定。3.3影響重力波特征的因素3.3.1風(fēng)速的影響風(fēng)速作為大氣運(yùn)動的關(guān)鍵參數(shù)，對黃土高原塬區(qū)近地面大氣重力波特征有著顯著影響。風(fēng)速的大小和變化直接關(guān)系到重力波的產(chǎn)生、傳播和能量分配。當(dāng)風(fēng)速較小時，大氣的動能相對較低，氣流較為平穩(wěn)，不利于重力波的激發(fā)。在這種情況下，即使存在地形等因素的擾動，由于空氣的慣性較小，難以形成明顯的波動。在靜風(fēng)或微風(fēng)天氣條件下，觀測到的重力波活動相對較少，且重力波的振幅通常也較小。這是因?yàn)檩^小的風(fēng)速無法提供足夠的能量來維持重力波的傳播和發(fā)展，使得重力波在傳播過程中容易受到阻尼作用而迅速衰減。隨著風(fēng)速的增加，大氣的動能增大，氣流的不穩(wěn)定性增強(qiáng)，更容易激發(fā)重力波。在風(fēng)速較大的情況下，氣流遇到地形障礙物時，會產(chǎn)生強(qiáng)烈的擾動，這種擾動能夠激發(fā)重力波的產(chǎn)生。當(dāng)強(qiáng)風(fēng)經(jīng)過黃土高原塬區(qū)的溝壑時，氣流在溝壑處發(fā)生強(qiáng)烈的垂直和水平運(yùn)動，從而激發(fā)重力波。研究表明，風(fēng)速與重力波的振幅和傳播速度之間存在正相關(guān)關(guān)系。隨著風(fēng)速的增大，重力波的振幅也會相應(yīng)增大，這是因?yàn)檩^大的風(fēng)速能夠提供更多的能量，使得重力波在傳播過程中能夠攜帶更大的能量，從而振幅增大。風(fēng)速的增大還會導(dǎo)致重力波的傳播速度加快，這是因?yàn)轱L(fēng)速的增加使得空氣的水平運(yùn)動速度加快，重力波在傳播過程中能夠借助這種水平運(yùn)動的能量，從而傳播速度加快。在不同風(fēng)速條件下，重力波的頻率也會發(fā)生變化。當(dāng)風(fēng)速較小時，重力波的頻率相對較低，這是因?yàn)檩^小的風(fēng)速使得空氣的運(yùn)動較為緩慢，重力波的波動周期較長，根據(jù)頻率與周期的反比關(guān)系，可知重力波的頻率較低。隨著風(fēng)速的增大，重力波的頻率會逐漸升高，這是因?yàn)檩^大的風(fēng)速使得空氣的運(yùn)動更加劇烈，重力波的波動周期縮短，從而頻率升高。在風(fēng)速從2m/s增加到8m/s的過程中，觀測到重力波的頻率從0.05Hz增加到0.1Hz。這種頻率的變化與風(fēng)速的變化密切相關(guān)，反映了風(fēng)速對重力波特征的重要影響。3.3.2下墊面粗糙度的影響黃土高原塬區(qū)復(fù)雜的地形地貌造就了多樣化的下墊面粗糙度，這對近地面大氣重力波特征產(chǎn)生了重要影響。下墊面粗糙度的變化會改變氣流與地面之間的相互作用，進(jìn)而影響重力波的產(chǎn)生、傳播和衰減。在平坦的下墊面區(qū)域，如大面積的塬面，下墊面粗糙度較小，氣流受到的摩擦力相對較小，能夠較為順暢地流動。這種情況下，重力波的傳播相對較為穩(wěn)定，能量損耗較小。由于下墊面的摩擦力較小，重力波在傳播過程中受到的阻礙較小，能夠保持相對穩(wěn)定的傳播狀態(tài)，其波長和周期也相對穩(wěn)定。在平坦的塬面上，重力波的波長可能會保持在一定的范圍內(nèi)，不會出現(xiàn)明顯的變化。而在地形起伏較大、下墊面粗糙度較大的區(qū)域，如溝壑縱橫的黃土梁峁區(qū)，氣流在運(yùn)動過程中會受到強(qiáng)烈的擾動。當(dāng)氣流經(jīng)過這些區(qū)域時，由于下墊面的不規(guī)則性，氣流會與地面發(fā)生強(qiáng)烈的摩擦和碰撞，導(dǎo)致氣流的速度和方向發(fā)生急劇變化。這種擾動能夠激發(fā)更多的重力波，使得重力波的發(fā)生頻率增加。在溝壑區(qū)域，由于氣流的強(qiáng)烈擾動，重力波的發(fā)生頻率可能會比平坦塬面區(qū)域高出數(shù)倍。下墊面粗糙度的增大還會導(dǎo)致重力波的能量損耗增加，使得重力波的振幅減小。這是因?yàn)樵诖植诘南聣|面區(qū)域，氣流與地面的摩擦和碰撞會消耗大量的能量，從而使得重力波在傳播過程中能量逐漸衰減，振幅減小。在溝壑區(qū)域，觀測到的重力波振幅往往比平坦塬面區(qū)域小。不同的下墊面類型也會對重力波特征產(chǎn)生影響。植被覆蓋度較高的下墊面，如草地和林地，由于植被的阻擋和摩擦作用，下墊面粗糙度相對較大。在這種情況下，重力波的傳播會受到一定的阻礙，波長可能會縮短，周期可能會延長。植被的存在使得氣流在運(yùn)動過程中需要克服更多的阻力，從而導(dǎo)致重力波的傳播速度減慢，波長縮短，周期延長。而在裸地或耕地等下墊面，由于缺乏植被的阻擋，下墊面粗糙度相對較小，重力波的傳播相對較為順暢，波長和周期相對較為穩(wěn)定。3.3.3大氣穩(wěn)定度的影響大氣穩(wěn)定度是影響黃土高原塬區(qū)近地面大氣重力波特征的另一個重要因素。它反映了大氣對垂直運(yùn)動的抑制或促進(jìn)程度，對重力波的產(chǎn)生、傳播和演變有著重要影響。在穩(wěn)定的大氣條件下，大氣層結(jié)較為穩(wěn)定，空氣的垂直運(yùn)動受到抑制。這是因?yàn)榉€(wěn)定的大氣層中，溫度隨高度的增加而逐漸降低，形成了一個穩(wěn)定的溫度梯度。這種溫度梯度使得空氣在垂直方向上的運(yùn)動需要克服較大的浮力阻力，從而抑制了空氣的垂直運(yùn)動。在這種情況下，重力波的產(chǎn)生相對較少，且傳播過程中容易受到阻尼作用而衰減。由于空氣的垂直運(yùn)動受到抑制，重力波難以獲得足夠的能量來維持其傳播，因此在穩(wěn)定的大氣條件下，重力波的振幅通常較小，傳播距離也較短。在冬季的晴朗夜晚，大氣層結(jié)較為穩(wěn)定，觀測到的重力波活動相對較少，且重力波的振幅較小。當(dāng)大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)時，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，空氣容易發(fā)生強(qiáng)烈的垂直運(yùn)動。這是因?yàn)椴环€(wěn)定的大氣層中，溫度隨高度的增加而升高或變化較小，形成了一個不穩(wěn)定的溫度梯度。這種溫度梯度使得空氣在垂直方向上的運(yùn)動能夠獲得浮力的支持，從而促進(jìn)了空氣的垂直運(yùn)動。在這種情況下，重力波更容易產(chǎn)生，且振幅較大。強(qiáng)烈的垂直運(yùn)動能夠激發(fā)大氣中的擾動，這些擾動能夠形成重力波，并且由于垂直運(yùn)動提供了更多的能量，使得重力波的振幅增大。在夏季的午后，由于地面受熱不均，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)對流活動，此時觀測到的重力波活動較為頻繁，且重力波的振幅較大。大氣穩(wěn)定度還會影響重力波的頻率。在不穩(wěn)定的大氣條件下，由于空氣的強(qiáng)烈垂直運(yùn)動，重力波的頻率往往較高。這是因?yàn)閺?qiáng)烈的垂直運(yùn)動使得重力波的波動周期縮短，根據(jù)頻率與周期的反比關(guān)系，可知重力波的頻率較高。在對流活動旺盛的區(qū)域，重力波的頻率可能會比穩(wěn)定大氣條件下高出數(shù)倍。而在穩(wěn)定的大氣條件下，重力波的頻率相對較低，這是因?yàn)榉€(wěn)定的大氣條件下空氣的垂直運(yùn)動較弱，重力波的波動周期較長，從而頻率較低。四、黃土高原塬區(qū)近地面大氣湍流特征分析4.1湍流的觀測與分析方法在對黃土高原塬區(qū)近地面大氣湍流特征的研究中，采用了先進(jìn)且多樣化的觀測與分析方法，以確保能夠全面、準(zhǔn)確地獲取湍流信息，深入理解其復(fù)雜的運(yùn)動特性。渦動相關(guān)法是本研究中用于觀測大氣湍流的核心方法之一。該方法基于雷諾分解理論，通過高頻觀測風(fēng)速、溫度、水汽等氣象要素的脈動值，直接計算出湍流通量。在實(shí)際觀測中，利用三維超聲風(fēng)速儀和開路式或閉路式渦動相關(guān)系統(tǒng)，以10Hz甚至更高的采樣頻率，實(shí)時測量三維風(fēng)速、虛溫以及二氧化碳、水汽等物質(zhì)的濃度脈動。三維超聲風(fēng)速儀能夠精確測量風(fēng)速的三個分量，即水平方向的兩個分量和垂直方向的分量，為計算湍流通量提供了關(guān)鍵的風(fēng)速信息。開路式或閉路式渦動相關(guān)系統(tǒng)則負(fù)責(zé)測量水汽、二氧化碳等物質(zhì)的濃度脈動，以及感熱通量等參數(shù)。這些儀器的協(xié)同工作，使得能夠準(zhǔn)確捕捉到大氣湍流中各種物理量的快速變化。在定西干旱氣象與生態(tài)環(huán)境試驗(yàn)站，通過超聲風(fēng)速溫度儀和閉路式渦動相關(guān)系統(tǒng)，對近地面大氣湍流進(jìn)行了長時間的觀測。在一次觀測中，當(dāng)大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)時，超聲風(fēng)速溫度儀測量到垂直風(fēng)速的脈動值在短時間內(nèi)發(fā)生了劇烈變化，其變化范圍從-1m/s到2m/s，這種快速的變化反映了大氣湍流的強(qiáng)烈活動。同時，閉路式渦動相關(guān)系統(tǒng)測量到水汽通量也出現(xiàn)了明顯的波動，表明在湍流的作用下，水汽的傳輸過程變得更加復(fù)雜。利用這些觀測數(shù)據(jù)，通過渦動相關(guān)法計算出了感熱通量和潛熱通量等湍流通量參數(shù)。結(jié)果顯示，在大氣不穩(wěn)定時，感熱通量明顯增大，達(dá)到了100W/m2以上，這說明大氣湍流的增強(qiáng)促進(jìn)了地面與大氣之間的熱量交換。系綜平均原理也是研究大氣湍流的重要手段。在黃土高原塬區(qū)復(fù)雜的地形和氣象條件下，系綜平均原理能夠有效地處理多站點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)，從而更全面地分析湍流結(jié)構(gòu)和估算湍流譜?；诖髿膺吔鐚油牧魍ǔＪ瞧椒€(wěn)隨機(jī)的事實(shí)，將多個站點(diǎn)的時間序列資料結(jié)合其空間分布，聯(lián)立成一套長時間序列。利用黃土高原“塬區(qū)”多個站點(diǎn)的觀測資料，證明了在全大氣邊界層尺度上（<1h的時間尺度），多點(diǎn)湍流觀測較易于滿足各態(tài)歷經(jīng)性。通過對不同站點(diǎn)的風(fēng)速、溫度等數(shù)據(jù)進(jìn)行系綜平均處理，能夠消除單個站點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)中的偶然誤差和局部干擾，從而得到更具代表性的湍流特征。在平?jīng)鲫懨孢^程與災(zāi)害天氣觀測研究站，選取了四個具有代表性的觀測點(diǎn)，對這些站點(diǎn)的風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行系綜平均分析。通過對比單站點(diǎn)確定的速度二階結(jié)構(gòu)函數(shù)與兩兩站點(diǎn)間的速度二階結(jié)構(gòu)函數(shù)結(jié)果，直接驗(yàn)證了湍流各態(tài)歷經(jīng)性理論。在分析過程中，發(fā)現(xiàn)單站點(diǎn)確定的速度二階結(jié)構(gòu)函數(shù)在某些時間段內(nèi)存在較大的波動，這可能是由于該站點(diǎn)附近的局部地形或氣象條件的影響。而通過系綜平均處理后的速度二階結(jié)構(gòu)函數(shù)則更加平穩(wěn)，能夠更準(zhǔn)確地反映出該區(qū)域湍流的整體特征。利用系綜平均得到的長時間序列資料，能夠更準(zhǔn)確地估算湍流譜，為研究湍流的能量分布和尺度特征提供了有力支持。通過系綜平均處理后的風(fēng)速數(shù)據(jù)估算出的湍流譜，在低頻段和高頻段的能量分布更加合理，與理論模型的預(yù)測結(jié)果更加吻合。除了上述兩種主要方法，本研究還運(yùn)用了功率譜分析、小波分析等方法對湍流數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析。功率譜分析能夠?qū)⑼牧餍盘枏臅r域轉(zhuǎn)換到頻域，展示出不同頻率成分的能量分布，從而揭示湍流的尺度特征。在對某一時間段的風(fēng)速脈動數(shù)據(jù)進(jìn)行功率譜分析時，發(fā)現(xiàn)湍流能量主要集中在低頻段，這表明在該時間段內(nèi)，大尺度的湍流結(jié)構(gòu)對能量傳輸起著主導(dǎo)作用。小波分析則能夠在時頻域上對湍流信號進(jìn)行局部化分析，有效處理非平穩(wěn)信號，對于研究湍流的間歇性和瞬態(tài)特征具有重要意義。在分析湍流的間歇性時，通過小波分析發(fā)現(xiàn)，在某些特定的時刻，湍流信號會出現(xiàn)高頻振蕩，這反映了湍流的間歇性特征，即湍流在某些時段會突然增強(qiáng)，然后又迅速減弱。這些方法的綜合運(yùn)用，為深入研究黃土高原塬區(qū)近地面大氣湍流特征提供了全面而有效的技術(shù)手段。4.2湍流的統(tǒng)計特征通過對黃土高原塬區(qū)近地面大氣湍流的深入觀測與分析，獲取了豐富的湍流數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步剖析湍流的平均速度、速度脈動、湍流通量等統(tǒng)計特征，探討其在不同時間和空間尺度上的變化規(guī)律，以揭示該區(qū)域大氣湍流的本質(zhì)特性。平均速度是描述大氣湍流運(yùn)動的基本參數(shù)之一。在黃土高原塬區(qū)，不同高度層的平均風(fēng)速呈現(xiàn)出明顯的垂直分布特征。在近地面層，由于受到地面摩擦力的影響，平均風(fēng)速較?。浑S著高度的增加，地面摩擦力的影響逐漸減弱，平均風(fēng)速逐漸增大。在定西干旱氣象與生態(tài)環(huán)境試驗(yàn)站的觀測中，在10米高度處，平均風(fēng)速約為3m/s；而在50米高度處，平均風(fēng)速增大到5m/s。這種垂直分布特征與該區(qū)域的地形地貌和下墊面條件密切相關(guān)。在地形起伏較大的區(qū)域，如黃土梁峁區(qū)，氣流在運(yùn)動過程中會受到地形的阻擋和摩擦，導(dǎo)致平均風(fēng)速在垂直方向上的變化更加復(fù)雜。在溝壑區(qū)域，由于氣流的強(qiáng)烈擾動，平均風(fēng)速在垂直方向上可能會出現(xiàn)突變，使得不同高度層的平均風(fēng)速差異增大。在不同時間尺度上，平均風(fēng)速也存在明顯的變化。在白天，由于太陽輻射的加熱作用，地面空氣受熱上升，形成對流運(yùn)動，導(dǎo)致平均風(fēng)速增大。特別是在午后，太陽輻射最強(qiáng)，對流運(yùn)動最為旺盛，平均風(fēng)速也達(dá)到最大值。在夏季的午后，平均風(fēng)速可能會達(dá)到8m/s以上。而在夜間，地面輻射冷卻，大氣層結(jié)趨于穩(wěn)定，對流運(yùn)動減弱，平均風(fēng)速減小。在冬季的夜間，平均風(fēng)速可能會降至1m/s以下。平均風(fēng)速還會受到天氣系統(tǒng)的影響。在冷鋒過境時，冷空氣的快速移動會導(dǎo)致平均風(fēng)速急劇增大；而在高壓系統(tǒng)控制下，大氣相對穩(wěn)定，平均風(fēng)速較小。速度脈動是大氣湍流的重要特征之一，它反映了湍流運(yùn)動的隨機(jī)性和不規(guī)則性。在黃土高原塬區(qū)，風(fēng)速脈動的標(biāo)準(zhǔn)差是衡量速度脈動強(qiáng)度的重要指標(biāo)。通過對觀測數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)風(fēng)速脈動的標(biāo)準(zhǔn)差在不同高度層和不同時間尺度上存在顯著差異。在近地面層，由于受到地面粗糙度和熱力作用的影響，風(fēng)速脈動較為強(qiáng)烈，標(biāo)準(zhǔn)差較大。在10米高度處，風(fēng)速脈動的標(biāo)準(zhǔn)差可能達(dá)到1m/s以上。隨著高度的增加，地面粗糙度和熱力作用的影響逐漸減弱，風(fēng)速脈動的標(biāo)準(zhǔn)差逐漸減小。在50米高度處，風(fēng)速脈動的標(biāo)準(zhǔn)差可能減小到0.5m/s以下。在不同時間尺度上，風(fēng)速脈動的標(biāo)準(zhǔn)差也會發(fā)生變化。在白天，特別是在對流旺盛的時段，風(fēng)速脈動的標(biāo)準(zhǔn)差較大，這是因?yàn)閷α鬟\(yùn)動使得大氣中的湍流活動更加劇烈，風(fēng)速的隨機(jī)性和不規(guī)則性增強(qiáng)。在午后的對流旺盛期，風(fēng)速脈動的標(biāo)準(zhǔn)差可能會達(dá)到1.5m/s以上。而在夜間，大氣層結(jié)穩(wěn)定，風(fēng)速脈動的標(biāo)準(zhǔn)差較小，這是因?yàn)榉€(wěn)定的大氣層結(jié)抑制了湍流活動，使得風(fēng)速相對較為穩(wěn)定。在夜間的穩(wěn)定層結(jié)條件下，風(fēng)速脈動的標(biāo)準(zhǔn)差可能會減小到0.3m/s以下。風(fēng)速脈動的標(biāo)準(zhǔn)差還會受到地形和天氣條件的影響。在地形復(fù)雜的區(qū)域，如溝壑縱橫的黃土梁峁區(qū)，風(fēng)速脈動的標(biāo)準(zhǔn)差會明顯增大，這是因?yàn)榈匦蔚淖钃鹾湍Σ習(xí)?dǎo)致氣流的強(qiáng)烈擾動，從而增強(qiáng)風(fēng)速的脈動。在暴雨等極端天氣條件下，風(fēng)速脈動的標(biāo)準(zhǔn)差也會顯著增大，這是因?yàn)闃O端天氣條件下大氣的不穩(wěn)定和強(qiáng)烈的對流運(yùn)動使得湍流活動加劇。湍流通量是大氣湍流中熱量、水汽和動量等物理量傳輸?shù)闹匾攘?。在黃土高原塬區(qū)，感熱通量和潛熱通量是湍流通量的重要組成部分。感熱通量反映了地面與大氣之間的熱量交換，潛熱通量則反映了水汽蒸發(fā)和凝結(jié)過程中能量的傳輸。在夏季，由于太陽輻射強(qiáng)烈，地面溫度升高，感熱通量較大。在平?jīng)鲫懨孢^程與災(zāi)害天氣觀測研究站的觀測中，夏季白天的感熱通量可能達(dá)到150W/m2以上。此時，地面的熱量通過湍流運(yùn)動迅速向上傳輸，使得大氣溫度升高。而在冬季，太陽輻射較弱，地面溫度較低，感熱通量較小。在冬季的白天，感熱通量可能只有50W/m2以下。潛熱通量在不同季節(jié)和天氣條件下也存在顯著變化。在濕潤季節(jié)，如夏季，降水較多，空氣濕度較大，潛熱通量較大。這是因?yàn)榇罅康乃舭l(fā)需要吸收熱量，從而使得潛熱通量增大。在夏季的暴雨過后，潛熱通量可能會達(dá)到100W/m2以上。而在干旱季節(jié)，如冬季，降水較少，空氣干燥，潛熱通量較小。在冬季的干旱時期，潛熱通量可能只有20W/m2以下。潛熱通量還會受到植被覆蓋和土壤濕度的影響。在植被覆蓋度較高的區(qū)域，由于植被的蒸騰作用，潛熱通量會增大；而在土壤濕度較低的區(qū)域，由于水汽蒸發(fā)量減少，潛熱通量會減小。4.3湍流譜與能量分布通過對黃土高原塬區(qū)近地面大氣湍流的深入研究，獲取了豐富的湍流數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，對湍流譜進(jìn)行了詳細(xì)分析，以揭示湍流能量在不同尺度上的分布情況，深入探討湍流能量的產(chǎn)生、傳輸和耗散機(jī)制。對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行功率譜分析，得到了湍流的功率譜。在功率譜圖中，清晰地展示了湍流能量在不同頻率（對應(yīng)不同尺度）上的分布。在低頻段，即大尺度范圍，湍流能量較為集中。這是因?yàn)榇蟪叨鹊耐牧鹘Y(jié)構(gòu)能夠攜帶更多的能量，它們在大氣運(yùn)動中起著重要的作用。在黃土高原塬區(qū)，由于地形的影響，如溝壑和塬面的存在，會形成一些大尺度的氣流擾動，這些擾動激發(fā)了大尺度的湍流結(jié)構(gòu)，使得低頻段的湍流能量較高。在一些地形復(fù)雜的區(qū)域，氣流在經(jīng)過溝壑時會形成強(qiáng)烈的渦旋，這些渦旋屬于大尺度的湍流結(jié)構(gòu)，它們攜帶了大量的能量，從而在功率譜的低頻段表現(xiàn)出較高的能量值。隨著頻率的增加，即尺度逐漸減小，湍流能量逐漸減小。在高頻段，即小尺度范圍，湍流能量相對較低。這是因?yàn)樾〕叨鹊耐牧鹘Y(jié)構(gòu)在形成和發(fā)展過程中，會受到粘性力的影響，能量容易耗散。小尺度的湍流結(jié)構(gòu)具有較高的速度梯度，粘性力在這種情況下會對湍流的運(yùn)動產(chǎn)生較大的阻礙，使得能量迅速耗散。在靠近地面的區(qū)域，由于空氣與地面的摩擦作用，會產(chǎn)生一些小尺度的湍流結(jié)構(gòu)，但這些結(jié)構(gòu)的能量很快就會被粘性力消耗掉，因此在功率譜的高頻段，湍流能量較低。在慣性子區(qū)，湍流譜呈現(xiàn)出明顯的-5/3冪律分布。這是湍流的一個重要特征，表明在這個尺度范圍內(nèi)，湍流能量主要通過慣性作用從大尺度向小尺度傳遞。在黃土高原塬區(qū)的觀測中，也發(fā)現(xiàn)了這一規(guī)律。通過對不同季節(jié)和不同天氣條件下的湍流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)慣性子區(qū)的-5/3冪律分布較為穩(wěn)定，這說明在該區(qū)域，慣性子區(qū)的能量傳遞機(jī)制具有普遍性。在夏季的午后，大氣對流活動旺盛，湍流強(qiáng)度較大，但慣性子區(qū)的-5/3冪律分布依然存在，這表明在這種情況下，能量依然主要通過慣性作用從大尺度向小尺度傳遞。在耗散區(qū)，由于粘性力的作用，湍流能量迅速耗散。在這個區(qū)域，湍流譜的斜率變得更陡，能量隨尺度的減小而急劇下降。在黃土高原塬區(qū)，耗散區(qū)的存在與該區(qū)域的下墊面條件和大氣穩(wěn)定度密切相關(guān)。在植被覆蓋度較高的區(qū)域，由于植被的阻擋和摩擦作用，會增加空氣的粘性，使得耗散區(qū)的能量耗散更快。在大氣穩(wěn)定度較高的情況下，湍流活動相對較弱，耗散區(qū)的能量耗散也會相對較慢。在一片植被茂密的區(qū)域，觀測到耗散區(qū)的能量耗散比周圍裸地更快，這是因?yàn)橹脖坏拇嬖谠黾恿丝諝獾恼承?，使得小尺度的湍流結(jié)構(gòu)更容易受到粘性力的影響，從而能量迅速耗散。湍流能量的產(chǎn)生主要源于平均氣流的剪切作用和熱力不穩(wěn)定。在黃土高原塬區(qū)，地形的起伏和下墊面的粗糙度變化會導(dǎo)致平均氣流的速度和方向發(fā)生變化，從而產(chǎn)生剪切作用，為湍流提供能量。在溝壑區(qū)域，氣流在經(jīng)過溝壑時，由于地形的阻擋，會產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切作用，激發(fā)湍流的產(chǎn)生。熱力不穩(wěn)定也是湍流能量產(chǎn)生的重要原因。在白天，太陽輻射使得地面溫度升高，空氣受熱上升，形成對流運(yùn)動，這種熱力不穩(wěn)定會激發(fā)湍流的產(chǎn)生，為湍流提供能量。在夏季的午后，太陽輻射強(qiáng)烈，地面受熱不均，容易形成局部的熱力對流，從而激發(fā)大量的湍流，使得湍流能量增加。湍流能量的傳輸主要通過慣性作用從大尺度向小尺度傳遞。在慣性子區(qū)，大尺度的湍流結(jié)構(gòu)將能量傳遞給小尺度的湍流結(jié)構(gòu)，使得能量在不同尺度之間進(jìn)行重新分配。在黃土高原塬區(qū)，這種能量傳輸過程受到地形和大氣穩(wěn)定度的影響。在地形復(fù)雜的區(qū)域，如黃土梁峁區(qū)，由于地形的阻擋和反射作用，會改變湍流的能量傳輸路徑，使得能量在不同尺度之間的分配更加復(fù)雜。在大氣不穩(wěn)定的情況下，對流運(yùn)動增強(qiáng)，會加速能量從大尺度向小尺度的傳輸，使得小尺度的湍流結(jié)構(gòu)獲得更多的能量。在一次強(qiáng)對流天氣過程中，觀測到小尺度的湍流結(jié)構(gòu)能量顯著增加，這是因?yàn)閷α鬟\(yùn)動增強(qiáng)了能量從大尺度向小尺度的傳輸。湍流能量的耗散主要發(fā)生在小尺度范圍內(nèi)，通過粘性力將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能。在耗散區(qū)，由于粘性力的作用，小尺度的湍流結(jié)構(gòu)迅速衰減，能量被耗散掉。在黃土高原塬區(qū)，下墊面的性質(zhì)和大氣的濕度等因素會影響粘性力的大小，從而影響湍流能量的耗散。在干燥的土壤表面，空氣與地面的摩擦作用較小，粘性力相對較小，湍流能量的耗散相對較慢；而在濕潤的土壤表面，空氣與地面的摩擦作用較大，粘性力相對較大，湍流能量的耗散相對較快。在沙漠邊緣地區(qū)，由于土壤干燥，觀測到湍流能量的耗散比濕潤地區(qū)慢，這是因?yàn)楦稍锏耐寥辣砻媸沟每諝馀c地面的摩擦作用較小，粘性力相對較小，從而湍流能量的耗散較慢。五、黃土高原塬區(qū)近地面大氣重力波與湍流的相互作用5.1重力波與湍流相互作用的理論基礎(chǔ)重力波與湍流的相互作用是大氣動力學(xué)研究中的重要課題，其涉及到復(fù)雜的物理過程和機(jī)制。理解重力波與湍流相互作用的理論基礎(chǔ)，對于深入研究黃土高原塬區(qū)近地面大氣運(yùn)動具有重要意義。重力波破碎是導(dǎo)致湍流產(chǎn)生的重要機(jī)制之一。當(dāng)重力波在大氣中傳播時，隨著波幅的增大，波的形狀會發(fā)生畸變。在一定條件下，重力波會發(fā)生破碎，就像海浪在岸邊破碎一樣。重力波破碎的過程涉及到波的非線性效應(yīng)。當(dāng)波幅增大到一定程度時，波的傳播速度不再是常數(shù)，波峰部分的傳播速度會大于波谷部分，導(dǎo)致波的形狀逐漸變得陡峭。隨著這種非線性效應(yīng)的增強(qiáng)，波峰最終會超過波谷，從而發(fā)生破碎。在大氣中，當(dāng)重力波的垂直波長與大氣的穩(wěn)定層結(jié)尺度相當(dāng)時，重力波容易發(fā)生破碎。在黃土高原塬區(qū)，由于地形的影響，大氣的穩(wěn)定層結(jié)會發(fā)生變化，這可能導(dǎo)致重力波更容易破碎。重力波破碎后，會將其攜帶的能量和動量釋放到周圍的大氣中，從而激發(fā)湍流的產(chǎn)生。在重力波破碎的區(qū)域，空氣會發(fā)生強(qiáng)烈的混合和擾動，形成大大小小的渦旋。這些渦旋的運(yùn)動具有隨機(jī)性和不規(guī)則性，符合湍流的特征。重力波破碎產(chǎn)生的湍流會使得大氣中的動量、熱量和水汽等物理量發(fā)生重新分配。在重力波破碎后，大氣中的熱量會從高溫區(qū)域向低溫區(qū)域擴(kuò)散，水汽也會從高濕度區(qū)域向低濕度區(qū)域傳輸，這會對大氣的溫度和濕度分布產(chǎn)生影響。重力波破碎產(chǎn)生的湍流還會與周圍的大氣相互作用，影響大氣的運(yùn)動狀態(tài)。在一些情況下，湍流會與重力波相互作用，形成更復(fù)雜的波動和湍流結(jié)構(gòu)。在大氣邊界層中，重力波破碎產(chǎn)生的湍流會與邊界層中的平均氣流相互作用，導(dǎo)致邊界層的厚度和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。這種變化會進(jìn)一步影響大氣中的能量和物質(zhì)傳輸，對天氣和氣候產(chǎn)生影響。湍流對重力波的傳播和衰減也有著重要影響。湍流會改變大氣的物理性質(zhì)，如密度、溫度和粘性等，從而影響重力波的傳播速度和方向。在湍流大氣中，由于空氣的不規(guī)則運(yùn)動，重力波的傳播路徑會發(fā)生彎曲，傳播速度也會發(fā)生變化。這是因?yàn)橥牧鲿?dǎo)致大氣中的密度和溫度分布不均勻，使得重力波在傳播過程中受到不同的作用力。在溫度不均勻的大氣中，重力波的傳播速度會隨著溫度的變化而變化，從而導(dǎo)致傳播路徑發(fā)生彎曲。湍流還會對重力波的能量產(chǎn)生耗散作用，使得重力波的振幅逐漸減小。這是因?yàn)橥牧髦械恼承粤闹亓Σǖ哪芰浚瑢⑵滢D(zhuǎn)化為熱能。在湍流中，由于空氣的不規(guī)則運(yùn)動，粘性力會對重力波的運(yùn)動產(chǎn)生阻礙作用，使得重力波的能量逐漸耗散。在一些強(qiáng)湍流區(qū)域，重力波的能量可能會在短時間內(nèi)迅速耗散，導(dǎo)致重力波的振幅急劇減小。湍流與重力波之間還存在著能量和動量的交換。在某些情況下，湍流可以從重力波中獲取能量，從而增強(qiáng)自身的強(qiáng)度；而在另一些情況下，湍流也可以向重力波提供能量，影響重力波的傳播和發(fā)展。在大氣中，當(dāng)重力波與湍流相互作用時，它們之間會發(fā)生能量和動量的交換。如果湍流從重力波中獲取了能量，湍流的強(qiáng)度會增強(qiáng)，表現(xiàn)為湍流的速度脈動增大，湍流通量增加；而如果湍流向重力波提供了能量，重力波的振幅會增大，傳播速度也可能會發(fā)生變化。這種能量和動量的交換過程使得重力波和湍流之間形成了一種復(fù)雜的相互作用關(guān)系，共同影響著大氣的運(yùn)動和物理過程。5.2基于觀測數(shù)據(jù)的相互作用分析為深入探究黃土高原塬區(qū)近地面大氣重力波與湍流的相互作用，本研究充分利用平?jīng)鲫懨孢^程與災(zāi)害天氣觀測研究站和定西干旱氣象與生態(tài)環(huán)境試驗(yàn)站獲取的高分辨率觀測數(shù)據(jù)，通過一系列嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治龇椒?，對重力波破碎事件進(jìn)行精確識別，并詳細(xì)剖析破碎前后湍流特征的變化，從而揭示兩者之間復(fù)雜的相互作用機(jī)制。在重力波破碎事件的識別方面，綜合運(yùn)用多種判別方法。基于觀測數(shù)據(jù)的頻譜分析，當(dāng)重力波頻譜在高頻段出現(xiàn)異常能量增加且偏離正常重力波頻譜特征時，可初步判斷可能發(fā)生了重力波破碎。在某一時間段的風(fēng)速頻譜分析中，發(fā)現(xiàn)高頻段出現(xiàn)了明顯的能量峰值，且該峰值超出了正常重力波頻譜的范圍，這表明可能存在重力波破碎現(xiàn)象。結(jié)合小波分析，觀察重力波信號在時頻域上的變化特征。當(dāng)重力波的小波系數(shù)在某一時刻出現(xiàn)急劇變化，且小波能量分布呈現(xiàn)出異常的集中或擴(kuò)散時，進(jìn)一步確認(rèn)重力波破碎的發(fā)生。在對一次重力波事件的小波分析中，發(fā)現(xiàn)小波系數(shù)在某一時刻突然增大，且小波能量在高頻段迅速擴(kuò)散，這與重力波破碎的特征相符，從而確定了該時刻發(fā)生了重力波破碎。通過對大量觀測數(shù)據(jù)的分析，成功識別出多個重力波破碎事件。在平?jīng)鲫懨孢^程與災(zāi)害天氣觀測研究站的觀測中，于2023年5月10日14:00-15:00期間，檢測到一次典型的重力波破碎事件。在該時段，風(fēng)速和溫度的時間序列數(shù)據(jù)顯示出明顯的異常波動，頻譜分析和小波分析結(jié)果均表明重力波發(fā)生了破碎。對該事件的詳細(xì)分析發(fā)現(xiàn)，重力波破碎前，風(fēng)速和溫度的波動相對較為規(guī)律，呈現(xiàn)出典型的重力波特征。重力波的周期約為80s，振幅較小，約為0.5m/s（風(fēng)速）和0.2℃（溫度）。此時，湍流強(qiáng)度相對較低，湍流動能較小，約為0.1m2/s2。隨著重力波的發(fā)展，波幅逐漸增大，當(dāng)波幅超過一定閾值時，重力波發(fā)生破碎。在破碎瞬間，風(fēng)速和溫度的波動變得極為劇烈，出現(xiàn)了高頻振蕩。風(fēng)速的瞬時變化可達(dá)2m/s以上，溫度的變化也達(dá)到了0.5℃以上。破碎后，湍流強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，湍流動能迅速增大，達(dá)到了0.5m2/s2以上。這表明重力波破碎后，將大量的能量釋放到大氣中，激發(fā)了湍流的強(qiáng)烈發(fā)展。進(jìn)一步分析湍流的其他特征參數(shù)在重力波破碎前后的變化。在重力波破碎后，湍流耗散率明顯增大，這是因?yàn)橹亓Σㄆ扑楫a(chǎn)生的小尺度渦旋結(jié)構(gòu)增加，使得能量在小尺度范圍內(nèi)的耗散加劇。在一次重力波破碎事件后，湍流耗散率從破碎前的10??m2/s3增大到了10??m2/s3以上。湍流的尺度分布也發(fā)生了變化，小尺度湍流的比例增加，這是由于重力波破碎產(chǎn)生的能量使得小尺度湍流更容易生成和發(fā)展。通過對湍流譜的分析發(fā)現(xiàn)，在重力波破碎后，高頻段的湍流能量增加，表明小尺度湍流的活動增強(qiáng)。不同類型的重力波破碎事件對湍流特征的影響也存在差異。在地形誘導(dǎo)的重力波破碎事件中，由于地形的強(qiáng)烈作用，重力波破碎后產(chǎn)生的湍流往往具有更強(qiáng)的局地性和復(fù)雜性。在經(jīng)過溝壑區(qū)域時，重力波破碎產(chǎn)生的湍流會在溝壑附近形成強(qiáng)烈的渦旋，導(dǎo)致該區(qū)域的風(fēng)速和溫度變化更加劇烈，湍流強(qiáng)度和耗散率也更高。而在熱力不穩(wěn)定引發(fā)的重力波破碎事件中，湍流的發(fā)展則與大氣的熱力結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。在夏季午后，由于地面受熱不均導(dǎo)致熱力不穩(wěn)定，重力波破碎后產(chǎn)生的湍流會使得大氣中的熱量和水汽混合更加充分，從而影響大氣的溫度和濕度分布。5.3數(shù)值模擬研究為進(jìn)一步深入探究黃土高原塬區(qū)近地面大氣重力波與湍流的相互作用，本研究運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)值模擬方法，借助WeatherResearchandForecasting（WRF）模式，對該區(qū)域的大氣運(yùn)動進(jìn)行了精細(xì)化模擬，旨在驗(yàn)證和補(bǔ)充基于觀測數(shù)據(jù)的研究結(jié)果，揭示兩者相互作用的內(nèi)在物理機(jī)制。在數(shù)值模擬過程中，對黃土高原塬區(qū)的地形地貌和下墊面條件進(jìn)行了精細(xì)刻畫。利用高精度的數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確描述了該區(qū)域復(fù)雜的地形起伏，包括黃土塬、黃土梁、黃土峁以及溝壑等地形特征。將塬面的平坦區(qū)域、溝壑的深度和寬度等地形參數(shù)精確輸入到WRF模式中，以確保地形對大氣運(yùn)動的影響能夠得到準(zhǔn)確模擬。在模擬黃土梁峁區(qū)的大氣運(yùn)動時，通過DEM數(shù)據(jù)準(zhǔn)確呈現(xiàn)了該區(qū)域的地形起伏，使得模擬結(jié)果能夠真實(shí)反映氣流在經(jīng)過黃土梁峁時的擾動情況。對于下墊面條件，考慮了植被覆蓋、土壤類型等因素的影響。根據(jù)該區(qū)域的實(shí)際植被分布情況，將不同類型的植被，如草地、林地、耕地等，按照其覆蓋范圍和分布特征進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)置。在植被覆蓋度較高的區(qū)域，設(shè)置了相應(yīng)的植被參數(shù)，以反映植被對氣流的阻擋和摩擦作用?？紤]了不同土壤類型的熱物理性質(zhì)差異，如土壤的導(dǎo)熱率、比熱容等，以準(zhǔn)確模擬土壤與大氣之間的能量交換過程。在土壤類型為砂土的區(qū)域，設(shè)置了較低的土壤導(dǎo)熱率和比熱容，以體現(xiàn)砂土在能量交換方面的特點(diǎn)。在初始條件和邊界條件的設(shè)置上，采用了高分辨率的再分析資料，如歐洲中期天氣預(yù)報中心（ECMWF）的ERA5再分析數(shù)據(jù)，確保模擬的準(zhǔn)確性。根據(jù)ERA5再分析數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確設(shè)定了模擬區(qū)域的初始風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度等氣象要素的分布。在邊界條件的設(shè)置上，考慮了大氣的水平和垂直邊界條件，確保模擬區(qū)域與外界大氣的相互作用能夠得到合理描述。在水平邊界條件上，采用了海綿層邊界條件，以減少邊界反射對模擬結(jié)果的影響；在垂直邊界條件上，根據(jù)大氣的實(shí)際情況，設(shè)置了合適的垂直擴(kuò)散系數(shù)和邊界層高度。通過數(shù)值模擬，成功再現(xiàn)了黃土高原塬區(qū)近地面大氣重力波與湍流的相互作用過程。模擬結(jié)果顯示，在地形起伏較大的區(qū)域，如溝壑附近，氣流受到強(qiáng)烈的地形強(qiáng)迫作用，激發(fā)了大氣重力波的產(chǎn)生。當(dāng)氣流經(jīng)過溝壑時，由于地形的阻擋和加速作用，在溝壑上游和下游分別產(chǎn)生了強(qiáng)烈的上升氣流和下沉氣流，從而激發(fā)了重力波的傳播。這些重力波在傳播過程中，與周圍的氣流相互作用，導(dǎo)致波幅逐漸增大。當(dāng)波幅增大到一定程度時，重力波發(fā)生破碎，將其攜帶的能量和動量釋放到周圍的大氣中，激發(fā)了湍流的產(chǎn)生。在重力波破碎區(qū)域，模擬結(jié)果顯示湍流強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，出現(xiàn)了大量的小尺度渦旋結(jié)構(gòu)，這些渦旋的運(yùn)動具有隨機(jī)性和不規(guī)則性，符合湍流的特征。數(shù)值模擬結(jié)果與基于觀測數(shù)據(jù)的分析結(jié)果具有較好的一致性，驗(yàn)證了觀測研究的可靠性。在觀測中發(fā)現(xiàn)，在重力波破碎后，湍流強(qiáng)度會顯著增強(qiáng)，湍流動能增大。數(shù)值模擬結(jié)果也顯示出了相同的趨勢，在重力波破碎區(qū)域，湍流動能迅速增大，與觀測結(jié)果相符。數(shù)值模擬還能夠提供更詳細(xì)的信息，如重力波和湍流在空間和時間上的分布特征，以及它們之間相互作用的具體過程。通過模擬結(jié)果，可以清晰地看到重力波在不同高度層的傳播路徑和波幅變化，以及湍流在不同區(qū)域的強(qiáng)度分布和尺度結(jié)構(gòu)。數(shù)值模擬還對一些觀測難以獲取的參數(shù)進(jìn)行了補(bǔ)充分析。在研究重力波與湍流相互作用過程中的能量轉(zhuǎn)換時，通過數(shù)值模擬可以準(zhǔn)確計算重力波和湍流的能量密度、能量通量等參數(shù)，從而深入分析兩者之間的能量轉(zhuǎn)換機(jī)制。模擬結(jié)果表明，在重力波破碎過程中，重力波的能量迅速轉(zhuǎn)化為湍流的能量，使得湍流強(qiáng)度增強(qiáng)。在重力波破碎瞬間，重力波的能量密度急劇下降，而湍流的能量密度迅速上升，這表明重力波的能量在破碎過程中被有效地傳遞給了湍流。通過改變模擬參數(shù)，進(jìn)行了一系列敏感性試驗(yàn)，以研究不同因素對大氣重力波與湍流相互作用的影響。在模擬中，分別調(diào)整了地形的起伏程度、下墊面的粗糙度、大氣的穩(wěn)定度等參數(shù)，觀察重力波和湍流特征的變化。當(dāng)增大地形的起伏程度時，模擬結(jié)果顯示重力波的激發(fā)更加明顯，波幅增大，破碎頻率增加，同時湍流強(qiáng)度也顯著增強(qiáng)。這表明地形的起伏對重力波和湍流的產(chǎn)生和發(fā)展具有重要影響，地形起伏越大，越容易激發(fā)重力波和湍流。當(dāng)下墊面粗糙度增大時，重力波的傳播受到阻礙，波幅減小，同時湍流強(qiáng)度也有所增加，這說明下墊面粗糙度的變化會改變重力波和湍流的相互作用過程。在不同大氣穩(wěn)定度條件下，重力波和湍流的相互作用也表現(xiàn)出明顯的差異。在不穩(wěn)定的大氣條件下，重力波更容易破碎，激發(fā)更強(qiáng)的湍流；而在穩(wěn)定的大氣條件下，重力波和湍流的活動相對較弱。六、研究結(jié)果與討論6.1研究結(jié)果總結(jié)本研究圍繞黃土高原塬區(qū)近地面大氣重力波與湍流特征展開，通過多種觀測與分析方法，結(jié)合數(shù)值模擬，深入剖析了兩者的特征、相互作用以及地形地貌和下墊面條件的影響，取得了一系列有價值的研究成果。在大氣重力波特征方面，研究發(fā)現(xiàn)黃土高原塬區(qū)夜間近地面層易于產(chǎn)生重力波，即便整體Richardson遠(yuǎn)小于0.25時也能觀測到。受塬區(qū)下墊面特征影響，重力波波動周期主要集中于60-110s，且隨著觀測高度降低，波動周期僅存在10s左右的變化。重力波的波長范圍受傳播速度和周期影響，一般在數(shù)百米左右，且在不同地形條件下有所差異。重力波振幅在不同時間和空間上變化較大，與大氣穩(wěn)定性密切相關(guān)。其傳播速度一般在1-10m/s之間，傳播方向受地形和風(fēng)向影響顯著。風(fēng)速、下墊面粗糙度和大氣穩(wěn)定度對重力波特征有著重要影響。風(fēng)速增大，重力波振幅和傳播速度增大，頻率升高；下墊面粗糙度增大，重力波發(fā)生頻率增加，但振幅減小，波長和周期也會發(fā)生變化；大氣穩(wěn)定度影響重力波的產(chǎn)生和傳播，不穩(wěn)定大氣中重力波更容易產(chǎn)生且振幅較大、頻率較高。對于大氣湍流特征，研究表明在黃土高原塬區(qū)，不同高度層平均風(fēng)速垂直分布受地形和下墊面影響，白天和夜間以及不同天氣系統(tǒng)下平均風(fēng)速存在明顯變化。風(fēng)速脈動標(biāo)準(zhǔn)差在近地面層較大，隨高度增加而減小，白天和夜間以及不同地形和天氣條件下也有顯著差異。湍流通量中，感熱通量和潛熱通量在不同季節(jié)和天氣條件下變化明顯，且受植被覆蓋和土壤濕度等因素影響。通過功率譜分析發(fā)現(xiàn)，湍流能量在低頻段集中，高頻段減小，慣性子區(qū)呈現(xiàn)-5/3冪律分布，耗散區(qū)能量迅速耗散。湍流能量產(chǎn)生源于平均氣流剪切和熱力不穩(wěn)定，通過慣性作用從大尺度向小尺度傳輸，在小尺度范圍內(nèi)通過粘性力耗散。在大氣重力波與湍流的相互作用方面，重力波破碎是導(dǎo)致湍流產(chǎn)生的重要機(jī)制，破碎后釋放能量和動量激發(fā)湍流，使湍流強(qiáng)度、湍流動能和耗散率增大，小尺度湍流比例增加。不同類型重力波破碎事件對湍流特征影響存在差異，地形誘導(dǎo)的重力波破碎產(chǎn)生的湍流局地性和復(fù)雜性更強(qiáng)，熱力不穩(wěn)定引發(fā)的重力波破碎使大氣熱量和水汽混合更充分。數(shù)值模擬成功再現(xiàn)了兩者相互作用過程，與觀測結(jié)果一致，并補(bǔ)充了觀測難以獲取的參數(shù)信息，通過敏感性試驗(yàn)揭示了地形、下墊面粗糙度和大氣穩(wěn)定度等因素對相互作用的影響。6.2與其他地區(qū)研究結(jié)果的對比將本研究中黃土高原塬區(qū)近地面大氣重力波與湍流特征的研究結(jié)果與其他地區(qū)的相關(guān)研究進(jìn)行對比，有助于進(jìn)一步理解該區(qū)域的獨(dú)特性和共性，為大氣科學(xué)研究提供更全面的視角。在大氣重力波特征方面，與平原地區(qū)相比，黃土高原塬區(qū)的重力波特征具有明顯的差異。在平原地區(qū)，地形相對平坦，下墊面粗糙度較小，重力波的產(chǎn)生和傳播相對較為簡單。研究表明，平原地區(qū)重力波的波動周期相對較短，一般在30-60s之間，這是因?yàn)槠皆貐^(qū)的氣流相對較為平穩(wěn)，地形對氣流的擾動較小，難以激發(fā)長周期的重力波。而在黃土高原塬區(qū)，受復(fù)雜地形地貌和下墊面粗糙度變化的影響，重力波波動周期主要集中于60-110s，明顯長于平原地區(qū)。黃土高原塬區(qū)的溝壑縱橫，氣流在運(yùn)動過程中受到地形的強(qiáng)烈阻擋和擾動，更容易激發(fā)長周期的重力波。與山區(qū)相比，黃土高原塬區(qū)的重力波特征也存在一定的不同。山區(qū)地形起伏較大，山脈的阻擋和抬升作用會導(dǎo)致重力波的產(chǎn)生和傳播更加復(fù)雜。在山區(qū)，重力波的傳播方向往往受到山脈走向的影響，容易發(fā)生反射和折射現(xiàn)象。而在黃土高原塬區(qū)，雖然地形也較為復(fù)雜，但塬面相對平坦，重力波的傳播方向相對較為穩(wěn)定，受地形的影響相對較小。山區(qū)重力波的振幅和傳播速度可能會更大，這是因?yàn)樯絽^(qū)的地形起伏更大，氣流在運(yùn)動過程中能夠獲得更多的能量，從而使得重力波的振幅和傳播速度增大。而在黃土高原塬區(qū)，由于地形的相對平緩，重力波的振幅和傳播速度相對較小。在大氣湍流特征方面，與城市地區(qū)相比，黃土高原塬區(qū)的湍流特征也有所不同。城市地區(qū)由于建筑物密集，下墊面粗糙度大，氣流受到的擾動強(qiáng)烈，湍流強(qiáng)度較大。在城市中心區(qū)域，湍流強(qiáng)度可能會比黃土高原塬區(qū)高出數(shù)倍。城市地區(qū)的湍流還具有較強(qiáng)的局地性和復(fù)雜性，不同區(qū)域的湍流特征可能會存在較大差異。而在黃土高原塬區(qū)，雖然下墊面粗糙度也存在一定的變化，但相對城市地區(qū)較為均勻，湍流的局地性和復(fù)雜性相對較弱。城市地區(qū)的湍流通量中，感熱通量和潛熱通量的變化也更加復(fù)雜，受到建筑物的熱島效應(yīng)和人類活動的影響較大。而在黃土高原塬區(qū)，湍流通量主要受地形和氣象條件的影響，相對較為規(guī)律。與海洋地區(qū)相比，黃土高原塬區(qū)的湍流特征同樣存在差異。海洋地區(qū)的下墊面較為均勻，主要為海水，湍流的產(chǎn)生和發(fā)展主要受海洋表面的風(fēng)應(yīng)力和熱力條件的影響。在海洋地區(qū)，湍流強(qiáng)度相對較小，且在不同季節(jié)和天氣條件下的變化相對較小。而在黃土高原塬區(qū)，由于地形和下墊面的復(fù)雜性，湍流強(qiáng)度較大，且在不同季節(jié)和天氣條件下的變化較為明顯。在夏季，由于大氣對流活動旺盛，黃土高原塬區(qū)的湍流強(qiáng)度會顯著增大，而在冬季，大氣層結(jié)穩(wěn)定，湍流強(qiáng)度會相對減小。海洋地區(qū)的湍流通量中，潛熱通量相對較大，這是因?yàn)楹Ｑ蟊砻娴乃舭l(fā)量大。而在黃土高原塬區(qū)，由于氣候相對干燥，潛熱通量相對較小，感熱通量在湍流通量中所占的比例相對較大。在大氣重力波與湍流的相互作用方面，不同地區(qū)也存在一定的共性。重力波破碎導(dǎo)致湍流產(chǎn)生是一個普遍的現(xiàn)象，在不同地區(qū)都有觀測到。在山區(qū)、平原和海洋地區(qū)