旋转湍流中平流与惯性波传播之间的转变

在受强背景旋转的湍流中,随着旋转效应占据主导,湍流的平流机制被惯性波的传播所取代。尽管该机制已在实验中被确认,但两种机制间转变的条件尚不清晰。我们通过实验探讨此问题:追踪远离固体壁面的湍流前沿,此处射流注入原本静止的流体。无背景旋转时,该装置产生一个湍流前沿,其位移符合经典由振荡网格获得的 $z(t)\sim t^{1/2}$ 规律,我们进一步确立了相关输运机制的尺度无关性。当装置以垂直于流体注入壁面的恒定速度旋转时,湍流前沿不仅主要由惯性波输运,而且平流本身因这些波传播造成的局部动量亏缺而被抑制。对湍流前沿位移的逐尺度分析表明,平流与传播之间的转变在空间和谱上都是局部的,且当基于所考虑尺度的 Rossby 数为 1 时发生,或等价地,当尺度依赖的惯性波群速度与局部平流速度相匹配时发生。