海洋与大气中由平均流剪切和内重力波驱动的湍流混合

本研究始于 Baumert 和 Peters (2004, 2005) 从 Itsweire (1984) 以及 Rohr 和 Van Atta (1987) 在通道和风洞中进行的分层剪切实验，以及 Dickey 和 Mellor (1980) 在静止分层水箱中进行的自由衰减实验结果中推导出的平衡关系。通过对 Canuto (2002) 关于湍流和波动思想的修改，这些平衡关系与 Gregg (1989) 针对无平均流剪切的开阔海洋提出的（内）重力波能量平衡相融合。后者增加了一个线性（粘性）摩擦项。Gregg 的波能量源在其长波谱端被解释为内潮、地形、大尺度风和大气低压作用。此外，还考虑了由平均流剪切生成的本征波，以及波场从原始（线性）状态到饱和状态的老化过程。波包和湍流通过系综动力学被处理为粒子（涡旋、波包），使得所有三个平衡中的损耗项均具有二次形式。遵循 Peters (2008) 的提议，纯波生成湍流的混合效率被处理为普适常数，中性条件下的湍流 Prandtl 数亦然。结果表明： 在风洞中，本征波被关闭； 由于远程生成的长波或其他非局部能量源，湍流与波的共存平衡即使在 Richardson 数高达 $10^3$ 时也是稳定的； 三方程系统与地球物理屏蔽环境（如某些分层实验室流动）相兼容。其与大量观测结果的一致性令人惊讶。除了 Gregg (1989) 的波模型分量和上述普适常数外，方程仅包含一个用于本征波闭合的额外无量纲参数，估计为 $Y\approx 1.35$。