具有稳态非均匀环境密度层结的理想化湍流尾流

地球物理环境中的密度层结可能是非均匀的，特别是在盐度温度阶梯和大气分层过渡中。然而，非均匀层结常被近似为环境密度随高度的平均变化。这一近似在数值模拟中频繁使用，因为它极大简化了计算。本文分析了采用 $4096 \times 2048 \times 2048$ 网格点、在非均匀层结流体中解析理想化湍流尾流的直接数值模拟，以理解假设线性层结的后果。对于具有相同平均密度随高度变化但局部层结 $d\bar \rho(z)/dz$ 不同的流动，流动动力学依赖于比值 $\xi=\delta_{\cal U}/\delta_{\rho}$，其中 $\delta_{\cal U}$ 和 $\delta_{\rho}$ 为平均流的特征速度与密度垂直尺度高度。结果表明，当 $\xi > 2$ 时，稳定层结流动会表现出类似于非层结流动的特征，即便平均层结相当强。特别地，结果显示当 $\xi > 2$ 时混合增强。