对对流的三阶关联与偏斜的第三阶分析与计算研究. I. 一种适用于三方程非局域模型的新方法

星际对流的非局域模型可以考虑相邻不可稳定层区域的混合效应，以及由自由、由浮力驱动的对流引起的均匀温度结构的变化。然而，这类模型的物理完整性取决于如何将表示非局域传输过程的三阶关联式，以二阶关联式和星体平均结构的形式表达。通过物理论证和3D水动力学模拟，我们开发和测试了新的闭合关系，用于垂直速度和温度场的偏斜以及第三阶交叉关联，以提高用于天体物理学以及其他领域如气象学的非局域对流模型的预测能力。通过一系列物理论证开发了闭合关联式的结构形式，并通过基于太阳和DA类型的白矿星的3D水动力学模拟进行自洫性测试来评估其准确性。对于垂直速度和温度场的偏斜所推导的新型闭合关系，较以前模型提高了约一个数量级。这使得先前在气象学中提出的垂直速度和温度交叉关联的闭合关系能够发挥全部潜力，以及构建新的、更可靠的模型来描述垂直速度和温度在非局域湍流对流中的第三阶矩。新的偏斜和第三阶交叉关联模型，适用于垂直速度和温度，使得可以构建去除三方程非局域对流模型中若干主要短板的模型，这些短板是基于下梯度近似构建的。