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World File Search System湍流动能
阿尔卑斯山陡坡上下降气流湍流动能预算和雷诺应力预算中的浮力效应
摘要 陡坡上的下降风非常常见，但对其了解或模拟甚少。本研究重点研究陡峭的高山斜坡上方的下降风急流。我们评估了湍流动能 (TKE) 和雷诺剪应力预算方程中的浮力项。我们特别关注斜率和沿斜率湍流显热通量对这些项的贡献。在最大风速高度以下和以上的四个测量水平可以分析沿垂直剖面的浮力效应如下：(i) 如在稳定条件下预期的那样，浮力往往会破坏 TKE 和最大风速高度 zj 以下急流内层区域的湍流动量通量；(ii) 结果还表明，浮力有助于在急流外层剪切区域（远高于 zj ）产生 TKE，而在同一区域观察到湍流动量通量的消耗； (iii) 在最大风速附近机械剪切产生微弱的区域，浮力往往会破坏 TKE，而我们的结果表明，浮力往往会增加动量通量。本研究还提供了一个分析条件，用于确定由于浮力而产生的湍流动量通量与斜坡角度之间的极限，类似于已经为 TKE 提出的条件。我们重新引入了应力理查森数，它相当于雷诺剪切应力预算的通量理查森数。我们指出，通量理查森数和应力理查森数是表征除最大风速高度附近区域以外的下降气流的互补稳定性参数。
根据一维速度测量估算湍流动能耗散率
案例 ID 框大小 R λ ˙ E [cu] k max η K η K [cu] IL 11 /η KL /L 11 N p [#] DNS 1.1 512 74 0.4 3 0.015 0.01 41.2 161 10000 DNS 1.2 512 74 0.4 3 0.015 0.05 41.4 160 10000 DNS 1.3 512 74 0.4 3 0.015 0.10 41.3 160 10000 DNS 1.4 512 74 0.4 3 0.015 0.24 41.3 21 10000 DNS 1.5 512 74 0.4 3 0.015 0.50 41.4 16 10000 DNS 2.0 1024 142 0.4 3 0.007 0.11 99.0 332.8 1000 DNS 2.1 1024 219 0.4 3 0.007 0.01 147.8 15.6 1000 DNS 2.2 1024 217 0.4 3 0.007 0.06 147.6 15.7 1000 DNS 2.3 1024 216 0.4 3 0.007 0.11 147.9 15.6 1000 DNS 2.4 1024 212 0.4 3 0.007 0.27 146.8 15.7 1000 DNS 2.5 1024 207 0.4 3 0.007 0.53 145.5 15.8 1000 DNS 3.1 2048 302 0.5 3 0.003 0.01 260.9 13.6 1000 DNS 3.2 2048 299 0.5 3 0.003 0.05 258.2 13.8 1000 DNS 3.3 2048 295 0.5 3 0.003 0.11 254.8 14.0 1000 DNS 3.4 2048 314 0.5 3 0.004 0.26 275.6 20.2 1000 域名3.5 2048 321 0.5 3 0.004 0.53 282.9 14.7 1000 表 2. 每个 DNS 的参数概览。R λ 为泰勒尺度雷诺数，˙ E 为代码单位（cu）中的能量注入率，k max 为最大解析波数，η K 为柯尔莫哥洛夫长度尺度，I = σ u ′ 1 /U 为湍流强度，L 11 为由 E ( κ ) 导出的纵向积分长度尺度，L 为平均探针轨道距离，N p 为虚拟探针的数量。湍流强度 I 通过设置探针平均速度来控制，其中 σ u ′ 1 ≈ 1 为均方根纵向速度波动。
改进的湍流动能行星边界层对流大气边界层长度尺度方案
基于对流大气边界层的大涡模拟 (LES) 的先验分析，提出了改进的湍流混合和耗散长度尺度，用于基于湍流动能 (TKE) 的行星边界层 (PBL) 方案。湍流混合长度结合了表面层中的表面相似性和 TKE 约束，并对混合层中的横向夹带效应进行了调整。耗散长度是根据考虑剪切、浮力和湍流混合的平衡 TKE 预算构建的。在 TKE 通量中添加了一个非梯度项，以校正 TKE 的非局部湍流混合。改进的长度尺度被应用于 PBL 方案，并使用理想的单柱对流边界层 (CBL) 情况进行了测试。结果在广泛的 CBL 稳定范围内表现出强大的适用性，并且与 LES 基准模拟非常一致。然后将其实施到社区大气模型中，并通过 3D 真实情况模拟进行进一步评估。新方案的结果与其他三种成熟的 PBL 方案的质量相当。模拟和无线电探空仪观测剖面之间的比较表明，新方案在晴朗的日子里表现良好。
存在涌浪时的大气边界层湍流：湍流动能收支、莫宁-奥布霍夫相似理论和惯性耗散
流动海洋表面的湍流与陆地上的湍流具有不同的特性。因此，基于陆地上的湍流动能 (TKE) 预算和莫宁-奥布霍夫相似理论 (MOST) 的发现可能不适用于海洋条件，部分原因是存在波边界层（大气边界层的下部，包括表面波的影响；我们在本文中使用术语“WBL”以方便使用），其中总应力可分为湍流应力和波相干应力。这里湍流应力定义为由风切变和浮力产生的应力，而波相干应力则考虑了海浪和大气之间的动量传递。在本研究中，研究了湍流动能 (TKE) 预算和惯性耗散法 (IDM) 在 WBL 内 MOST 背景下的适用性。我们发现，在计算波浪条件下的总应力时，不应忽略 TKE 预算中的湍流传输项。这已通过在固定平台上进行的观测得到证实。结果还表明，在 WBL 内应用 MOST 时应使用湍流应力，而不是总应力。通过结合 TKE 预算和 MOST，我们的研究表明，传统 IDM 计算的应力对应于湍流应力，而不是总应力。在应用 IDM 计算 WBL 中的应力时，应考虑波浪相干应力。
