基于解析算子的朗缪尔湍流相干结构分析
流体动力学
2026-01-14 v2 大气与海洋物理
摘要
我们通过解析算子框架，对朗缪尔湍流——一种由水波和风致剪切相互作用驱动的海洋表面边界层状态——中的相干结构进行了分析。朗缪尔湍流的特征是存在多尺度涡旋结构，特别是被称为朗缪尔环流的反向旋转涡对。虽然经典的Craik-Leibovich方程线性稳定性分析揭示了朗缪尔环流背后的关键不稳定性机制，即朗缪尔湍流特有的涡旋滚，但本工作利用大涡模拟（LES）数据，纳入了湍流平均态和变化的涡粘性，以研究充分发展的朗缪尔湍流的湍流动力学。尺度相关的解析算子分析揭示了通过持续谐波强迫的线性放大形成二维循环滚和三维湍流相干涡旋的新机制。此外，由主解析算子模态响应宽带谐波强迫所预测的积分能谱，捕捉到了与LES数据一致的主导展向长度尺度。这些结果证明了在朗缪尔湍流的统计定态下，解析算子分析在捕捉多尺度湍流-波浪相互作用关键特征方面的可行性。
引用
@article{arxiv.2508.14773,
title = {Resolvent model-based analyses of coherent structures in Langmuir turbulence},
author = {Anqing Xuan and Lian Shen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.14773},
year = {2026}
}