关于湍流冠层流中粒子对弥散的局部各向同性与尺度依赖性

大气边界层中的冠层流具有重要的经济与生态作用，支配着环境中被动标量的弥散。冠层流中高速流体与大规模地表障碍物的相互作用产生阻力，并引发强烈、非均匀且各向异性的湍流。本工作中，我们通过研究“粒子对弥散”——一种描述粒子间相对运动的统计度量，聚焦于被动标量的湍流弥散。我们分析风洞冠层流中三维粒子追踪测速(3D-PTV)实验的结果，关注小尺度。我们确认了在小于特征剪切长度尺度 $L_\Gamma=(\epsilon/\Gamma^3)^{1/2}$ 的尺度上粒子对弥散存在局部各向同性，其中 $\epsilon$ 与 $\Gamma$ 分别为平均耗散率与剪切率。此外，我们表明该局部各向同性区中的粒子对弥散是一种尺度依赖的超扩散过程，类似于均匀各向同性湍流中的情形。另外，我们测量了粒子对相对速度相关函数，显示其去相关发生于局部各向同性区，并讨论了该观测对粒子对弥散建模的意义。因此，我们的研究将对湍流粒子对弥散的基本理解拓展至各向异性、非均匀的湍流冠层流，为大气边界层中标量弥散建模提供了有价值的信息。