大气湍流基础
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资料介绍
大气湍流基础
出版时间：2014年版
丛编项： 中外物理学精品书系
内容简介
《中外物理学精品书系：大气湍流基础》系统论述了大气湍流的基本理论及其研究方法，并尽可能反映该领域最新的科学研究成果.全书分为八章，内容包括：大气湍流概论、大气湍流基本控制方程、大气湍流运动、湍流统计描述、近地面层相似性理论、近地面层大气湍流及地表参数、大气湍流观测法与数据处理、非定常大气湍流及其分析方法.大气湍流及其运动与大气科学各部分联系密切，本书既考虑了大气物理学的有关知识，也兼顾了大气环境学科的需要.
《中外物理学精品书系：大气湍流基础》可为大气科学相关领域的科研和业务工作以及高等院校大气物理学与大气环境专业研究生的学习提供参考，也可供高年级本科生及相关专业，如环境保护、地理、农业、林业以及风能和核能利用等工程学科的工作者参考。
目录
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κ82
5.3.5 利用非中性层结资料确定von Karman常数κ85
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d116
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z0120
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
出版时间：2014年版
丛编项： 中外物理学精品书系
内容简介
《中外物理学精品书系：大气湍流基础》系统论述了大气湍流的基本理论及其研究方法，并尽可能反映该领域最新的科学研究成果.全书分为八章，内容包括：大气湍流概论、大气湍流基本控制方程、大气湍流运动、湍流统计描述、近地面层相似性理论、近地面层大气湍流及地表参数、大气湍流观测法与数据处理、非定常大气湍流及其分析方法.大气湍流及其运动与大气科学各部分联系密切，本书既考虑了大气物理学的有关知识，也兼顾了大气环境学科的需要.
《中外物理学精品书系：大气湍流基础》可为大气科学相关领域的科研和业务工作以及高等院校大气物理学与大气环境专业研究生的学习提供参考，也可供高年级本科生及相关专业，如环境保护、地理、农业、林业以及风能和核能利用等工程学科的工作者参考。
目录
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κ82
5.3.5 利用非中性层结资料确定von Karman常数κ85
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d116
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z0120
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
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