分层流体中内波湍流转捩的实验观测

近期应用于内波的弱湍流理论发展给出了动能方程的幂律解，接近海洋的 Garrett & Munk 谱，证实了弱非线性波相互作用是观测到的海洋谱的可能解释。然而，有限尺寸效应会阻碍有界域中的波相互作用，且观测常与理论预测不符。本文实验研究了在五边形域中由内重力波强迫的分层流体中发展的动力学 regime。我们发现，通过改变域的形状并增大其尺寸，有限尺寸效应减弱并可观测到波湍流。在此 regime 下，时间谱以与 Garrett-Munk 谱相符的斜率衰减。通过改变强迫条件出现不同 regime，即离散波湍流、弱波湍流与强分层湍流。浮力雷诺数 $Re_b$ 很好地标定了 regime 间的转捩，弱波湍流发生于 $1\lesssim Re_b\lesssim 3.5$，而更高的 $Re_b$ 对应强非线性分层湍流。