集体垂直迁移中诱导流的测量与建模

游泳或飞行生物之间的流体动力学相互作用可在群体尺度上导致复杂的流动。这些涌现的流体动力学往往比单个生物流动的线性叠加更为复杂，特别是在中等雷诺数下。本文提出了一种利用半解析模型来估计邻近多个游泳者尾流所诱导流动的方法，该模型在聚集群体中保持质量和动量守恒。关键方程通过解析推导得出，而这些方程的实现与求解则通过数值方法进行。该模型的构建参考了丰年虾 (Artemia salina) 诱导垂直迁移的经验测量数据，并与之进行了比较。评估了单个游泳者对环境背景流和光强的响应。此外，使用最近开发的激光扫描系统测量了游泳者的时间分辨三维空间构型。使用该模型的数值结果发现，聚集群体前部的诱导流对下游游泳者的存在不敏感，当超过一定的聚集长度阈值后，诱导流趋于渐近值。更近的游泳者间距导致更高的诱导流速，在某些情况下，模型预测的诱导流超过了维持稳定空间构型所需的游泳者速度。通过比较每个游泳者近尾流的两种不同模型，调和了这一结果。结果表明，群体尺度的流动源于单个生物尾流结构与聚集构型及大小之间复杂但可预测的相互作用。