分层旋转地形尾流中的湍流
流体动力学
2025-09-09 v2 大气与海洋物理
摘要
分层旋转流体流经三维（3D）地形时的湍流生成机制仍未得到充分探索，特别是在对地球物理应用至关重要的亚中尺度（SMS）范围内。利用解析湍流的大涡模拟，我们系统地剖析了分层和旋转在控制尾流湍流动力学中的相互作用。我们的参数化研究表明，近尾流中的湍流耗散由两种不同的不稳定性主导：（1）垂直剪切驱动的开尔文-亥姆霍兹不稳定性（KHI），在强分层下通过卡门涡街的倾斜错位而增强；（2）离心/惯性不稳定性（CI），在中等旋转速率（罗斯贝数约为1，SMS范围）和相对较弱的分层下达到峰值。值得注意的是，强旋转抑制了垂直剪切并减弱了KHI驱动的湍流，而强分层则施加了更小的垂直长度尺度，限制了CI驱动的湍流。通过量化在广泛的分层和旋转参数空间中的耗散，建立了环境参数与不稳定性主导性之间的预测关系。这些发现突出了不稳定性机制对参数范围的依赖性，并可能为海洋和大气尾流的针对性观测活动和数值模型提供信息。
引用
@article{arxiv.2502.06129,
title = {Turbulence in stratified rotating topographic wakes},
author = {Jinyuan Liu and Pranav Puthan and Sutanu Sarkar},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.06129},
year = {2025}
}