海洋非柯尔莫哥洛夫光湍流与球面波传播
大气与海洋物理
2021-01-28 v2 光学
摘要
湍流介质中的光传播通常借助折射率起伏的时空功率谱来研究。特别地,对于自然水体湍流,基于经典柯尔莫哥洛夫假设已发展出若干空间功率谱模型。然而,正如目前广泛接受的,非柯尔莫哥洛夫湍流态在层流场中也很常见,大气光学的最新进展已表明这一点。迄今为止,为非柯尔莫哥洛夫光湍流开发的所有模型均针对大气研究,因此仅涉及一个平流标量,如温度。我们基于两个平流标量(温度和盐度浓度),借助所谓“上界限制”并采用两平流标量谱相关的概念,将海洋空间功率谱推广到非柯尔莫哥洛夫湍流态。所提功率谱可处理一般非柯尔莫哥洛夫各向异性湍流,但若将温度和盐度的幂律指数设为11/3且各向异性系数设为1,则退化为柯尔莫哥洛夫各向同性情形。为展示新谱的应用,我们推导了球面波二阶互相干函数的表达式,并考察其相干半径(标量与矢量形式)以刻画湍流扰动。数值计算表明,球面波的统计特性随温度和盐度非柯尔莫哥洛夫幂律指数以及温盐谱相关系数而显著变化。所引入的谱有望对经典自然水体双扩散湍流态的理论分析与实验测量具有重要意义。
引用
@article{arxiv.2009.02447,
title = {Oceanic non-Kolmogorov optical turbulence and spherical wave propagation},
author = {Jinren Yao and Hantao Wang and Huajun Zhang and Jiandong Cai and Mingyuan Ren and Yu Zhang and Olga Korotkova},
journal= {arXiv preprint arXiv:2009.02447},
year = {2021}
}