分层大气表面层中湍流结构的尺度相关倾斜角

利用大气表面层中一个大规模的展向和壁面法向声波风速计阵列，获取了不同稳定度条件下瞬时脉动速度的所有三个分量以及温度。这些数据可用于研究湍流结构的三维统计结构。本工作将壁面附着湍流结构的自相似范围观点扩展到不稳定和近中性稳定度条件下的大气表面层，并包含了与流向波长相关的壁面法向和展向统计结构。结果表明，自相似壁面附着结构在流向/壁面法向尺度和流向/展向尺度之间具有相似的纵横比，使得在近中性和不稳定条件下均有 $\lambda_x/\Delta z : \lambda_x/\Delta y \approx 1$。通过分析同步测量之间的相位差，在谱域中量化了结构倾斜角随稳定度的变化。在最不稳定条件下，$\lambda_x/\delta = 1$ 的相干结构相对于固体边界的倾斜角高达 $65^\circ$，而 $\lambda_x/\delta = 6$ 的较大尺度则表现出约 $35^\circ$ 的倾斜角。对于近中性稳定度条件，所有尺度的倾斜角都趋向于 $12^\circ$。值得注意的是，在近中性条件下，结构倾斜角和纵横比——以及由此对大气表面层中相干结构的统计建模——对稳定度参数的值高度敏感。