无剪切对流湍流中的大尺度环流：平均场模拟

先前已表明（Phys. Rev. E 66, 066305, 2002），具有非均匀大尺度流动的非旋转湍流对流会对湍流热通量产生贡献。因此，湍流热通量不仅显式依赖于大尺度温度的梯度，还依赖于大尺度速度的梯度。这是因为非均匀大尺度流动产生各向异性速度涨落，从而改变湍流热通量。该效应引发了对流风不稳定性并促成大尺度半组织相干结构（大尺度对流胞）的形成。我们进行了无剪切对流的平均场数值模拟，其中考虑了非均匀大尺度流动对湍流热通量的修正。湍流对流中非均匀大尺度运动对湍流热通量的重新分布，在大尺度半组织相干结构的形成中起着关键作用。该效应导致形成大尺度对流胞所需的临界有效瑞利数（基于涡黏性与湍流温度扩散率）大幅降低。当对流层高度与积分湍流尺度之间的尺度分离比很大时，对流风不稳定性被激发。饱和时平均动能的水平随尺度分离比增大而提高。在大尺度对流胞内部，存在势能温度垂直梯度为正的局部区域，这意味着这些区域为稳定层结。