推广Monin-Obukhov相似理论（1954）以描述复杂大气湍流
大气与海洋物理
2023-04-05 v1
摘要
Monin-Obukhov相似理论（MOST）处于理解大气近地面层湍流的核心位置。基于由地表通量决定的单一长度尺度支配地球表面与大气之间动量、物质和能量湍流交换的假设，MOST已被广泛用于几乎所有大气流动数值模式中湍流过程的参数化。然而，其固有的对平坦且水平均匀地形的限制、水平速度方差的不缩放性以及稳定湍流问题自理论提出以来就一直困扰着该理论。因此，MOST的局限性及其在有效范围之外的使用导致了天气、气候和空气污染模式中的巨大不确定性，尤其是在极地地区和复杂地形上。在此，我们提出MOST的首个广义扩展，涵盖了广泛的真实地表与流动条件。该新理论将湍流交换的方向性信息（雷诺应力张量的各向异性）作为一个关键缺失变量纳入。标准经验MOST关系中的常数被证明是各向异性的函数，从而实现了传统MOST与其新推广之间的无缝过渡。基于从平坦到高度复杂山地地形共13个知名数据集的观测，新缩放关系在所有层结条件下都显示出对缩放的显著改进。结果还突出了各向异性在解释复杂地形和稳定湍流一般特征中的作用，进一步增添了各向异性完整编码边界条件复杂性信息的证据。
引用
@article{arxiv.2206.14592,
title = {Generalizing Monin-Obukhov similarity theory (1954) for complex atmospheric turbulence},
author = {Ivana Stiperski and Marc Calaf},
journal= {arXiv preprint arXiv:2206.14592},
year = {2023}
}