混合长度涡流粘度和w频段

在3.3节我们介绍了energy-containing漩涡的长度范围内,X,它的表达式用于剪切生产由(3.5)给出。讨论IOBL湍流尺度是第五章的主题,但我们预计这些结果通过识别X与波数的峰值保面积w频段,kmax,引入湍流涡粘性的概念。涡流粘度提供了一个概念性的方法关闭湍流问题有关的“一级”动量通量和标量属性在剪切流各自的梯度。通过类比运动粘度取决于产品的速度(内能)和平均自由程分子的流体,涡流粘度的产品通常是由湍流速度规模和长度范围内的占主导地位的漩涡流正在有效地扩散动力(这是不同于实际的涡流运动的规模):

在最简单的形式的边界附近的湍流剪切流浮力和旋转是不重要的,速度剖面是对数与边界的距离,和相关的规模速度是u * 0,根号运动边界的压力。从这个它紧跟着(4.1节),X = Kz K是卡门常数的地方。如果e在这种类型的流(从测量光谱),湍流应力的大小只是T = (Kze) 2/3。IOBL的问题,然而,是X z是有限的线性相关,最多几米的边界,并确定规模的动荡外边界层的一部分成为核心问题在理解湍流传输。看来,波数的倒数在w峰值谱(但不是u和v光谱)提供了一致的估计(X),因此涡粘性。在离散测量这个水平在整个IOBL然后提供了重要的观测约束模型,主旨在PBL模拟湍流交换。

应用这一概念从1972 AIDJEX IOBL日期初步研究数据(McPhee和史密斯1976)。我们发现山峰保面积谱密度的垂直速度方差随深度增加第一夫妇的动荡集群从冰(约4米),但更大的深度(8-26 m),峰值发生在大致相同的波数。我们也知道种看法(1968)表明,布希和潘诺夫斯基速度方差光谱测量的大气边界层有以下特征:(i)波长对数(保面积)光谱的最大垂直速度随高度增加线性约50米,和更慢;(2)dimension-less频率fm =新西兰/ V其中n是频率的谱最大和V的意思风速在表层,缩放Monin-Obukhov相似(在第4章讨论);(3)有一个相对统一的规范化w光谱形状,当横坐标值缩放和调频的纵坐标值u20;及(iv)纵向(u)光谱没有显示类似的可预测的行为。中立的分层表层,这意味着在保面积最大的波数w频段(kmax = fm / z)成反比z因此Xs¡= Kz。这个依赖削弱高度大于50 m种看法推测布施和潘诺夫斯基X和kmax之间的联系可能会持续在表层。

我们推断(1976年McPhee和Smith),如果X的增加与边界的距离达到了一些限制与K乘以表层厚度(IOBL几米),然后我们的观察各级kmax行为将符合X =残雪/ kmax种看法。在布希及潘诺夫斯基实验后(第五章中描述)证实了这一观点。比例常数似乎约0.85。图3.9中的垂直线因此表明主紊流长度范围在20米6小时事件显示是3.2米。如果剪生产和耗散平衡,(3.5)然后意味着雷诺应力,T = (Xe) 2/3,约5 x 10 4平方米,同意直接测量(见图5.3)。注意,从w频段本身有足够的信息来估计涡粘性20 m: K«e1/3X4/3, 2 - 1

各向同性条件表示的4/3分离ISW w和u谱如图所示的数据(图3.9)并不总是出现在IOBL测量,特别是在水平接近水面。示项目,例如,w平均归一化光谱极为相似的四个层面从4到16 m从冰层底面McPhee的3.6(见图2004)。然而,两个上抽搐,u谱一直更有活力的惯性子范围(w频段所显示的那样)。我们将此归因于缺乏横向同质性在冰下表面,如TKE流水从一个著名的高压脊龙骨,经常约100米的“上游”动荡桅杆,垂直传播。在这种情况下,我们发现的梯度TKE通量TKE方程中扮演了重要角色,并开发了一个替代(但密切相关)方法估计应力的大小从w频段考虑生产而不是TKE耗散,导致一个简单的关系

0.025 - 0.02

0.01

0.005

0.025 - 0.02

0.01

柯伐合金估计谱估计				■
					- - - - - -

258 259 260 261

258 259 260 261

260年1998年261天

262 263

图3.10摩擦速度以直接协方差(u * = ^ (^ {u 'w1} 2 ^ 2 + (v 'w '}

260年1998年261天

262 263

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图3.10摩擦速度以直接协方差(u * = ^ (^ {u 'w1} 2 ^ 2 + (v 'w '}

消除在3 - h块(黑色*)和来自在文本中描述的w频段(灰色方块)附近的两个级别的示巴项目。冲(协方差),点划(光谱)视野显示平均值(改编自McPhee 2004。美国气象学会的许可)

0 =权相佑(k),评估在波数k = Y * kmax Y * 2/3光谱范围的波数的对数w频段,归一化波数的最大值。我们发现比例常数Cy = 0.48。示巴Y * = 2.5(呆呆的* = 0.4)一直在2/3范围内。详细的推导给出麦克菲(2004)。摩擦速度的比较计算通过光谱方法(3.12)与直接协方差估计有一段时间在示巴项目显示在图3.10。

继续阅读:冰站威德尔

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