论文概要：大气边界层中，湍流就像“空气中的隐形搅拌器”，不断混合物质和能量。目前的大气湍流理论主要适用于均匀平稳湍流，而现实中的大气条件复杂，许多现象不能用经典理论解析。稳定边界层湍流运动较弱，受地形影响大，时空演变更加不均匀，精确观测和模拟异常困难，是大气边界层理论和湍流模型发展的瓶颈。稳定边界层可分为弱稳定边界层和强稳定边界层。前者仍可沿用传统理论描述，后者由于湍流较弱且有间歇性，难以用经典方法准确刻画。研究发现，霾污染事件发生时，强稳定边界层的出现频次可超70%。湍流间歇性的形成受多种因素影响，包括风切变与大气层结相互作用等内部因子和次中尺度运动等外部因子。研究团队研发了新的湍流重构算法，提出了湍流间歇性的量化方法，探究了弱湍流对相似性理论的影响，揭示了内外因子协同影响稳定边界层演变机理。团队还评估了弱湍流和湍流间歇性对物质和能量输送的影响，指出了湍流间歇性在地表能量平衡中的作用；提出了“湍流隔板效应”概念，发现了次中尺度运动与湍流能量转换机制，定量估算了湍流隔板效应对污染物垂直输送的影响。
弱稳定边界层与强稳定边界层的特征及相互转换示意图。紫色圆圈表示湍流涡旋，蓝色波浪线表示次中尺度运动
湍流隔板增强和被打破、能量转换以及不同湍流间歇性过程驱动的临界断点示意图
核心PI
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兰州大学
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1、国家自然科学基金面上项目，多尺度细颗粒物质量浓度湍流扩散规律和传输机理研究， 48万，主持；
2、国家自然科学基金青年科学基金项目C类，稳定边界层次中尺度运动对湍流输送的影响机理研究，30万，主持；
3、中央高校重点研究基地建设项目，西部地区地气相互作用和人为活动的环境和气候效应，70万，主持；
4、甘肃省委人才项目，陇原青年英才，15万，主持；
5、甘肃省科学技术厅一般项目，黄土高原复杂下垫面湍流间歇性时空演变及机理研究，6万，主持；
6、兰州市青年科技创新项目，兰州盆地大气污染中的湍流作用机理，5万，主持；
7、兰州大学“双一流”队伍建设经费，70万，主持；
8、国家重点研发计划课题，大气生物气溶胶在线综合测量平台研发及其区域污染数据库构建，骨干
文章信息：
上述研究成果发表于国际期刊《Earth-Science Review》上。兰州大学西部生态安全协同创新中心副研究员任燕为该论文的第一作者，北京大学张宏昇教授、兰州大学黄建平院士为论文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委和科技部重点研发等项目资助。
论文信息：Yan Ren, Hongsheng Zhang, Xiaoye Zhang, Xuhui Cai, Yu Song, Jiening Liang, Lei Zhang, Tong Zhu, Jianping Huang. Research progress and current application of weak turbulence and turbulence intermittency in stable boundary layers. Earth-Science Reviews Volume 262, March 2025, 105062
https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2025.105062点击文末“阅读原文”可查看成果发布源。