湿润稳定分层表面层的直接数值模拟：湍流与雾的形成

我们研究了凝结和液态水负载对稳定分层表面层的影响，旨在理解湍流混合对雾形成的影响。我们对干和湿的开槽流进行了直接数值模拟（DNS），在两者中均在地面施加恒定冷却率以模拟长波辐射冷却。根据冷却率的不同，这可能导致湍流（弱稳定）或层流（极稳定）流动。与完全干燥的情况相比，湿润情况下液态水的凝结使得在导致湍流坍塌之前能够达到略高的冷却率。在极稳定的情况下，失控冷却导致近地面大量液态水凝结，并在流域的大部分区域形成雾（能见度低于 1 km）。在弱稳定的情况下，湍流混合在相似的时间段内勉强在近地面产生 1 km 的能见度。然而，尽管系统具有理想化性质，目前的结果表明湍流阻碍了雾的形成，尽管不一定完全抑制。我们识别了湍流中雾形成的一种可能机制，即在近壁循环的低速条纹内形成液态水含量增加的区域。在湿润情况下，由于与干燥情况相比湍流动能耗散减少，这些条纹被增强，尽管在两种情况下条纹的能量和持续性均低于中性分层流动。