自由大气湍流的通用 Richardson 数诊断

引入新的 Richardson 数公式 Ri_new，以改善对分层自由大气中湍流诊断，尤其是喷流区域。该公式源于湍动能预算，考虑垂直风切变与水平切变(形变与发散)，并以水平湍动粘性与垂直湍动粘性之比(Kmh/Kmv)加权。这是对经典 Richardson 数 Ri_old 的扩展，后者仅包含垂直切变，提供基于分层与三维切变生产平衡的物理依据。从 ERA5 再分析数据中计算的诊断 Ri_new、Ri_old 和广泛使用的湍流指数1(TI1)，评估了24700万条商业飞机自动湍流报告(2017-2024)。在各种湍流强度阈值下，Ri_new 在 AUC 值上持续领先，能检测率提升且在操作相关的误报率下表现更佳。灵敏度分析显示，Ri_new 的预测技能在 Kmh/Kmv 范围为10^3-10^4时最大化，峰值性能约在5000处，水平分辨率依赖性较弱。季节性和区域评估表明，Ri_new 的增值效应在湍流生成涉及垂直与水平切变的地区最大，如美国大陆区及夏季。海域上，性能仍然良好，Ri_new 仍提供最佳的整体判别技能。这些结果表明，将水平风切变纳入 Richardson 数中，可实现湍流诊断的物理一致性和统计鲁棒性改进，具有研究和操作应用价值。