三维大规模设施中内部重力波湍流的实验室观测

寻找弱非线性内部重力波湍流理论的解是一个活跃的研究课题。其受到的显著推动在于，该机制可能驱动精细尺度的海洋动力学，为此识别出物理模型可以改进全球海洋模型中的参数化。在此背景下，解析工作得出了多种预测，而对发展的弱非线性内部波湍流机制的实验观测构成了该领域实验学家一个尚未实现的主要目标。在本研究中，基于近期的实验进展，我们展示了在线性分层流体中内部重力波湍流的实验室观测，该实验在一个允许长波长内部波强迫的大规模三维设施中进行。我们的装置允许获得大雷诺数，有利于湍流幂律谱的发展，同时保持弗劳德数相对较低以保持弱非线性。随着强迫幅度的增加，流动似乎接近波湍流机制：我们确实观察到在频率和波数空间中能量连续分布的逐步构建，而时空谱表明能量几乎完全由验证色散关系的内部重力波携带。我们最终表明，随着向湍流的转变，速度场的双相干谱在内部波频率域上变得平滑，其取值约为弗劳德数量级。虽然这些观测符合弱非线性波湍流的现象学，但我们报告的水平和垂直空间能量谱在约一个数量级内的 $k^{-3}$ 幂律与从原始……做出的预测相一致。