二维湿润分层湍流与垂直切变水平流的涌现

在受凝结和蒸发影响的二维Boussinesq系统中研究了湿润分层湍流。该问题设定在周期性域中，并采用简单的蒸发和凝结方案，其中这两个过程均推动气块趋向饱和。数值模拟表明，从初始空间不相关的条件下，涌现出一种由有序结构组成的湿润湍流状态，该结构具有清晰的幂律型谱标度。在快速凝结和强分层极限下的渐近分析表明，对于具有足够水物质使区域饱和的初始条件，方程支持一种以静力平衡、饱和、垂直切变水平流（VSHF）为特征的直接湿润平衡态。对于此类初始条件，通过长时间数值模拟，验证了湿润平衡的涌现。具体而言，从不相关数据出发，在经历湿润湍流状态的发展之后，系统经历了一个相当突然的转变，进入一个接近饱和并由强VSHF主导的流态。另一方面，如果没有足够水物质使区域饱和的初始条件，则无法达到湿润平衡。相反，系统保持在湍流状态并在湿润平衡附近振荡。尽管在这些一般初始条件下未能实现平衡，但在湿润平衡附近振荡的时间尺度远大于凝结和蒸发的外加时间尺度，从而表明在湿润分层二维湍流系统中存在一个独特的占优慢分量。