湍流表面层中被动示踪物扩散的标度律

本文给出了稳定条件下湍流表面层中被动示踪物扩散的实验结果。在此情况下，示踪物粒子的扩散由三种机制的相互作用决定：相对扩散（著名的Richardson机制）、剪切扩散（由平均速度场变化引起的粒子分离）以及特定的表面层扩散（由湍流表面层中能量耗散率的梯度引起）。后一种机制导致粒子均方分离呈现相当缓慢的（弹道）标度律。基于粒子分离的简化Langevin方程，我们发现弹道区在大时间尺度上总是占主导地位。这一结论得到了我们广泛的大气观测的支持。从实验数据集中导出了逃逸时间统计，结果表明其与不同示踪物扩散机制的简单量纲渐近行为、多重分形模型的预测以及其他来源的实验数据均合理吻合。