稳定分层边界层中的湍流通量

我们展示了在“湍流混合及其超越”国际会议上所作邀请报告的扩展版本。本文探讨了稳定分层湍流边界层的动力学和统计学描述，并以稳定大气边界层这一重要示例为重点。基于平均量剖面、速度二阶相关和湍流热通量量纲估计的传统方法遇到了一个众所周知的困难，即预测在 Richardson 数的一个较小临界值处湍流会被抑制，这与观测结果相矛盾。试图克服这一问题的唯象尝试存在各种理论上的不一致。在此，我们提出了一种充分考虑所有二阶统计的方法，使我们能够遵守总机械能守恒。该分析最终给出了所有平均量和所有二阶相关剖面的解析解，消除了先前理论中非物理的预测。我们提出，只要 Richardson 数不超过一的数量级，此处所采用的方法就足以描述大气边界层的下部。对于高得多的 Richardson 数，物理特性可能会发生定性变化，需要仔细考虑潜在的 Kelvin-Helmholtz 波及其与涡旋湍流的相互作用。