希尔伯特-黄变换技术及在边界层湍流研究中的应用

• 作者: 张宏升 魏伟
• 来源期刊: 气象学报
• 学科: 地球科学
• 关键词: 希尔伯特-黄变换 大气湍流 谱分析
• 年，卷（期）: 2013,（6）
• 所属期刊栏目: 论文
• 页码范围: 1183-1193
• 页数: 11页
• 分类号: P425.2+1
• 字数: 7231字
• 语种: 中文
• DOI: 10.11676/qxxb2013.096

摘要

大气边界层中的湍流运动可以视为由许多不同时空尺度的湍涡叠加形成的，谱分析方法可以将这些不同尺度的涡旋分离开来。在介绍希尔伯特-黄变换（HHT）的基础上，选取2011年4月16日00-01时（北京时）、05-06时、12-13时不同时段的大气湍流观测数据，采用希尔伯特-黄变换技术分析了内蒙古科尔沁沙地地区的谱分布特征，得到的各内在模函数对应的中心瞬时频率可以表现出不同尺度上的湍流波动，其中，包含周期为3-5和10-13 min的阵风和重力内波，并在希尔伯特边际谱中体现。三维希尔伯特谱分布表明湍流能量多集中在频率小于0．5 Hz 的低频段；大气湍流脉动较强的时段，其内在模函数和希尔伯特谱也对应着较大的能量。对比传统的快速傅里叶变换（FFT ）方法，希尔伯特-黄变换可以更清晰地表现出湍流的频谱分布。