全球探空数据不支持湍流能量级联中的中尺度过渡

大气动力学的概念和理论模型常假设存在一系列动态制度，分别在不同的空间尺度范围内发挥作用。最大尺度假设由准二维的地球气候层流控制，中尺度由重力波控制，最小尺度则由三维各向同性湍流控制。理论上，这种层级应在湍流动能谱中观察到明显的尺度断裂，以反映不同物理机制之间的转换。本文表明，这种观点并不得到全球探空和无线电探空数据支持。对于垂直分离范围为 200 米至 8 公里的水平风切变结构函数，Hurst 指数为 $H_v \approx 0.6$，这与重力波 ($H_v = 1$) 或三维湍流 ($H_v = 1/3$) 不符。对于水平分离范围为 200 公里至 1800 公里的分离，Hurst 指数为 $H_h \approx 0.4$，这与准地球气候层流动力学 ($H_h = 1$) 不符。我们认为，探空观测结果最符合较为少见的“Lovejoy-Schertzer”分层湍流模型，其中在所有尺度上，大气动力学遵循单一各向异湍流级联，满足 $H_v=3/5$ 和 $H_h =1/3$。虽然由于测量限制，未探讨 200 米以下的尺度，但分析结果仍支持一种单一的 cohesive 理论框架来描述大气动力学，或可取代依赖空间尺度的传统机制层级。