Local and Global Well-posedness of Strong Solutions to the 3D Primitive Equations with Vertical Eddy Diffusivity
本文考虑了三维海洋和大气动力学原始方程的初边值问题，其中温度方程中只有垂直扩散项。利用$H^2$初始数据建立了该系统强解的局部和整体适定性。
2013-12-20 math.AP physics.ao-ph physics.flu-dyn
Global Well-posedness of Strong Solutions to the 3D Primitive Equations with Horizontal Eddy Diffusivity
本文考虑了三维海洋和大气动力学原始方程的初边值问题，其中温度方程中只有水平扩散。利用$H^2$初始数据建立了强解的整体适定性.
2014-01-06 math.AP physics.ao-ph physics.flu-dyn
Eddy diffusivity of quasi-neutrally-buoyant inertial particles
本文研究了不可压缩零平均周期性或定常各态历经流中准中性浮力惯性粒子的大尺度输运性质。我们展示了如何计算大规模的指标，如惯性粒子的终极速度和涡流扩散系数的第一原理在周围的附加质量因子接近统一的限制微扰膨胀。在物理上，该极限对应于颗粒的质量密度恒定并且在值上接近于也恒定的流体的质量密度的情况。我们的方法不同于通常的过阻尼膨胀，因为我们不假设热化和小尺度对流效应之间的时间尺度的分离。对于一般的不可压缩流，我们推导出封闭形式的细胞方程的辅助量确定的终极速度和有效扩散。在平行流的特殊情况下，这些方程有明确的解析解.我们使用平行流表明，我们的方法能够阐明的行为的终极速度和有效扩散的斯托克斯数的顺序的团结。
2017-12-28 physics.flu-dyn
Eddy diffusivity in convective hydromagnetic systems
在多尺度分析框架下，导出了对流磁流体系统中涉及大尺度的线性不稳定模的本征值方程。我们考虑一个水平层与导电边界，保持在固定的温度和自由表面的速度场的边界条件，在水平方向的周期性假设。定态必须对短（快）尺度扰动稳定，并具有关于垂直轴的对称性，允许涉及大（慢）尺度的不稳定性发展。我们展开的模式和它们的增长率在尺度分离参数的幂级数，并得到了一个方程组，数值求解。二阶可解性条件产生的渐近展开和各自的增长率，其起源是在（组合）涡扩散现象的领先条款的封闭方程。对于约10%的随机产生的稳定对流磁流体制度，负涡扩散率。
2007-02-21 nlin.CD physics.flu-dyn
Eddy thermal diffusivity model and mean temperature profiles in turbulent vertical convection
Department of Physics, The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学物理系）
本文提出了一种空间依赖的涡旋热扩散系数模型，用于描述流体在不同温度垂直壁间湍流自然对流的平均温度剖面，通过该模型推导出解析结果，揭示了不同雷诺数和普朗特数下的温度剖面由两个通用尺度函数描述，且与直接数值模拟数据一致。
2026-02-20 physics.flu-dyn
Computation of kinematic and magnetic $α$-effect and eddy diffusivity tensors by Padé approximation
我们提出的例子Padé近似的$α$的效果和涡流粘度/扩散系数张量在各种流动。在标准的多尺度形式主义的框架中导出的张量的表达式。从代数上讲，最简单的情况是二维宇称不变的六重旋转对称流，其中涡动粘度为负，表示流的大尺度不稳定性的间隔。转向三维流动的不可压缩流体的运动发电机问题，我们探讨应用Padé近似计算张量的磁$α$效应，宇称不变流，磁涡流扩散。我们构造了在$1/η=0$周围的逆分子扩散系数$1/η$中按幂级数展开的张量的Padé近似。由于$α$效应或涡流扩散率的作用，这产生了主导增长率的值，对于$η$，其精度令人满意，比阈值小几十倍，高于阈值幂级数收敛。对于一个样本流，我们观察到涡扩散趋于负无穷大时，$η$往往从上面的小规模发电机行动的发病点在一个中性的小规模的磁模式驻留在一个不变的子空间。然而，在$1/η$中的幂级数中的49个第一系数证明Padé逼近不足以再现这种行为。我们在Fortran中以标准的“double”（实数 *8）和扩展的“quadriple”（实数 *16）精度进行计算，并在Mathematica中执行符号计算。
2019-06-04 math.AP nlin.CD physics.flu-dyn
Large eddy simulations of turbulent thermal convection using renormalized viscosity and thermal diffusivity
本文利用重整化粘滞系数和热扩散系数建立了一个亚网格湍流热对流大涡模拟模型。对于大涡模拟，我们将$ν_\mathrm{ren} \propto Π_u^{1/3} (π/Δ)^{-1/3}$添加到运动粘度中;这里$Π_u$是湍流动能通量，$Δ$是网格间距。在我们的模型中，湍流普朗特数是1。我们在$128^3$网格上进行了湍流热对流的大涡模拟，并将结果与$512^3$网格上的直接数值模拟（DNS）进行了比较。在动能和熵的演化、速度场和温度场的谱和通量以及温度等值面等方面，LES和DNS的结果有很好的一致性。我们还显示了我们的LES模拟热对流在非常高的瑞利数的能力，并展示了一些结果$\mathrm{Ra=10^{18}}$。
2018-06-15 physics.flu-dyn
Negative magnetic eddy diffusivity due to oscillogenic $α$-effect
本文用多尺度稳定性理论的渐近方法研究了仅涉及小空间尺度的不可压缩流体稳态镜像反对称流的大尺度运动发电机作用。事实证明，由于磁$α$ -效应在这样的流动，大尺度平均场经历谐波振荡的时间尺度O（$\varepsilon t$）没有增长或衰减。这里，$\varepsilon$是空间尺度比，而$t$是流周转时间量级的快时间。伴随的波动磁场与流动的相互作用引起各向异性的磁涡流扩散率，其对大尺度波矢量的方向的依赖性一般表现出奇异行为，因此对于任何分子的磁扩散率都是负的涡流扩散率。因此，这样的流动总是作为运动发电机的时间尺度O（$\varepsilon^2t$）;在涡扩散率是无限的方向，大规模的平均场增长率是有限的尺度O（$\varepsilon^{3/2}t$）。我们研究数值两个样本流的发电机机制。
2019-05-07 astro-ph.SR math.AP nlin.CD
A mean field dynamo from negative eddy diffusivity
利用直接数值模拟，我们验证了Roberts（1972）的“流IV”表现出由水平平均大尺度磁场主导的发电机作用。用试验场方法计算了湍流磁扩散系数，发现它是负的，并克服了分子扩散系数，从而定量地解释了磁雷诺数大于$\approx8$时的大尺度发电机现象。正如对这种发电机所预期的那样，但与$α$效应发电机相反，两个水平场分量彼此独立地增长，并具有任意的幅度比和相位差。小长度尺度的平均磁场被证明是稳定的湍流磁扩散率成为积极的在较大的波数。振荡衰减或增长的解决方案也被发现在某些波数间隔和足够大的值的磁雷诺数。对于磁雷诺数低于$\approx0.5$的湍流磁扩散率被证实是积极的，预期所有不可压缩流。早期声称的发电机驱动的修改泰勒-格林流通过负涡扩散率不能得到证实。
2013-05-23 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Phase Diagram for Turbulent Transport: Sampling Drift, Eddy Diffusivity and Variational Principles
研究了具有幂律谱的各向同性不可压缩三参数速度场族中的长时间大尺度输运问题。输运的标度律由标度指数$q$和Hurst指数$H$表征，作为参数的函数。参数空间被划分为不同的{ \em函数形式}的标度指数和赫斯特指数的标度律的制度。我们提出了完整的三维相图。极限过程有三种：布朗运动（$H=1/2$）、持续分数布朗运动（$1/2<H<1$）和规则（或光滑）运动（H=1）。我们发现，一个临界波数划分的红外截止分为三类，临界，亚临界和超临界，他们引起不同的标度律和相图。我们引入了采样漂移和涡动扩散率的概念，并制定了变分原理来估计涡动扩散率。我们发现，分数布朗运动的结果从一个占主导地位的采样漂移。
1999-06-08 math-ph math.MP physics.data-an
A sensor-restrained artificial shear diffusivity for large-eddy simulations of vortex-dominated compressible flows
提出一种传感器限制的LAD人工剪切粘性模型，仅在低压核心涡区添加扩散率，在抑制非物理振荡的同时避免过度扩散，实现可压缩涡主导流稳定准确的大涡模拟。
2025-04-30 physics.flu-dyn
Negative magnetic eddy diffusivities from test-field method and multiscale stability theory
在没有α效应的情况下，在运动学制度的大规模磁场的产生进行了研究，通过以下两种不同的方法，即测试场的方法和多尺度稳定性理论依赖于均匀化技术。我们分析表明，前者，适用于磁涡流扩散率的评价，产生的结果，完全同意与后者。我们的计算的磁涡扩散张量的宇称不变流-IV的G. O。Roberts和修正的Taylor-Green流在合适的参数值范围内证实了前人的研究结果，也解释了他们的一些明显矛盾。这两种流动具有大的对称群，这是用来大大简化涡扩散张量。最后，提出了一个新的分析结果：在表示的涡流扩散张量的伴随算子的辅助问题的解决方案，我们推导出磁涡流扩散张量之间的关系，出现相反的小尺度流v（x）和-v（x）。
2015-07-09 astro-ph.SR nlin.CD physics.flu-dyn
Nonlocality of Mean Scalar Transport in Two-Dimensional Rayleigh-Taylor Instability Using the Macroscopic Forcing Method
本文利用宏观强迫方法测量二维瑞利-泰勒不稳定性中涡扩散率核的高阶矩，证明纯局域模型不足，并提出匹配矩的隐式算子构造以改进平均标量输运建模。
2024-05-02 physics.flu-dyn
Drag-Controlled Regime Transitions in the Eddy Saturation Mechanism of the Antarctic Circumpolar Current
Hokkaido University（北海道大学）；Tokyo University of Marine Science and Technology（东京海洋大学）
研究通过理想化的回流通道模型探讨了拖曳强度如何控制涡旋饱和机制，揭示了不同机制主导条件及拖曳变化对涡旋饱和机制的影响。
2026-05-12 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Identify the diapycnical eddy diffusivities by salt fingers and turbulence with vertical microstructure measurements
根据一个简单的事实，即对于同一参数，不同的公式是相同的，从物理关系式中推导出了双循环涡扩散系数的公式。发现色散比Γ是一个关键参数。当大于某个临界值（约0.2）时，流动为盐指型;否则，流动为湍流。所有的密度比$R_ρ=1/(1-Γ^2)$、涡动通量比$γ=1/(1+Γ)$和涡动扩散率比$R_k=1-Γ$都简单地取决于扩散率比γ r。我们将这些关系应用于热带大西洋西部的测量数据。有效扩散系数为$0.96*10^{-4} m^2/s$，与示踪剂从0.8到$0.9*10^{-4} m^2/s$的观测结果相当一致。
2014-06-23 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Relative dispersion and eddy diffusivity in laboratory experiments of $β$-plane turbulence
University of St Andrews（圣安德鲁斯大学）；University of Glasgow（格拉斯哥大学）；Aix Marseille Univ, CNRS, Centrale Med, IRPHE（艾克斯-马赛大学、法国国家科学研究中心、中央马赛学院、IRPHE）；Department of Geosciences, University of Oslo（奥斯陆大学地球科学系）
该研究给出纬向地转流态下快速旋转湍流中相对扩散和湍流扩散的首次实验测量，通过合成拉格朗日轨迹计算相关统计量，揭示了不同区域转变，还能据此测量湍能耗散率和湍流扩散率，测量结果与相关理论大致相符。
2026-07-14 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Parameterizing Vertical Mixing Coefficients in the Ocean Surface Boundary Layer using Neural Networks
本文利用神经网络学习二阶矩闭合方案的涡动扩散率廓线，并稳定嵌入海洋环流模型，在保持守恒的同时减小混合层深度和上层海洋层结偏差。
2023-09-06 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Atwood effects on nonlocality of the scalar transport closure in three-dimensional Rayleigh-Taylor mixing
Stanford University（斯坦福大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
本文将 MFM 扩展至三维变密度问题，测量不同 Atwood 数下 RT 混合的涡扩散核矩，发现随 A 增大非局域性增强，为有限 Atwood 数 RT 闭合建模提供了依据。
2025-10-31 physics.flu-dyn
Mean Temperature Profiles in Turbulent Thermal Convection
为了预测湍流热对流中的平均温度分布，必须求解包含涨落影响的热边界层（BL）方程。在Shishkina等人的研究中，物理修订信函114（2015）中，对于大普朗特数流体，已经求解了将波动考虑为涡流热扩散率的热BL方程，对于大普朗特数流体，涡流热扩散率和速度场可以分别近似为与板的距离的三次函数和线性函数。在目前的工作中，我们利用普朗特的混合长度模型的想法，并与涡热扩散率的流函数。与此建议的关系，我们可以解决的热BL方程，并获得一个封闭的形式表示的无量纲平均温度分布的两个独立的参数的流体与一般的普朗特数。通过适当选择参数，我们对温度分布的预测与我们直接数值模拟的结果非常一致，普朗特数从0.01到2547.9，瑞利数从10^7到10^9。
2017-11-13 physics.flu-dyn
Eddy diffusivities of inertial particles under gravity
本文用形式多尺度微扰展开法研究了重力作用下任意质量密度的惯性粒子的大尺度/长时间输运。由此产生的大规模方程的颗粒浓度的确定，并被发现是扩散与正定涡扩散。后一张量的计算被简化为辅助微分问题的求解，该问题由（6+1）维坐标系（3个空间坐标加3个速度坐标加时间）中的两个微分方程的耦合组组成。虽然昂贵，可以利用数值方法来获得涡流扩散率，任何理想的非微扰限制（如任意斯托克斯和弗劳德数）。上述大规模方程，然后专门处理两个不同的相关扰动限制：i）消失的斯托克斯时间和沉降粒子速度; ii）消失的斯托克斯时间和有限的沉降粒子速度。这两个渐近导致一个大大简化的辅助微分问题，现在只涉及空间坐标，因此很容易处理的标准数值技术。明确的，准确的表达式的涡流扩散率已计算出，为两个渐近，为类的平行流，静态和时间依赖。这使我们能够调查分析的重力和惯性的作用，扩散过程中通过改变相关功能的载体流，例如，其时间的关联函数的形式。我们的研究结果排除了重力和惯性的扩散行为所发挥的普遍作用：制度的增强和减少扩散可能存在，这取决于详细的结构的载体流。
2011-03-29 nlin.CD physics.flu-dyn
On linear stability of steady space-periodic magnetohydrodynamic systems to perturbations involving large periods
我构建了一个完整的渐近展开的三维稳定的空间周期磁流体动力学状态的线性稳定性问题的解决方案，涉及大周期的扰动。涡扩散张量导出宇称不变的稳态。我提出的数值证据表明，如果允许扰动的流量，然后出现负涡扩散的影响在更大的磁分子扩散比在运动发电机的问题（假设没有扰动的流量）。
2005-12-30 nlin.CD physics.flu-dyn
Mixing effectiveness depends on the source-sink structure: Simulation results
混合效率，即，流动的分子扩散的增强可以根据由稳定源和汇维持的被动标量的浓度变化的抑制来量化。以这种方式定义的混合增强是单独通过分子扩散混合的标量的RMS波动与在搅拌存在下标量密度的（统计稳态）RMS波动的比率。搅拌的有效性的这种测量自然地与相对于分子扩散的等效涡流扩散率的增强因子有关，并且取决于Peclet数。最近有人指出，在给定的佩克莱数的最大可能的混合增强取决于以及源和汇的结构。也就是说，混合效率、有效扩散率或涡流扩散通常取决于被搅拌的物质的源和汇。在这里，我们提出了基于粒子的模拟结果定量确认源-汇的依赖性的混合增强作为一个模型流的Peclet数的函数。
2008-04-17 physics.flu-dyn
Diffusion of a passive scalar by convective flows under parametric disorder
我们研究运输弱扩散污染物（被动标量）的热对流在流体饱和的水平多孔层加热从下面冻结参数紊乱。在无序（随机冻结的加热或宏观性质的多孔基质的不均匀性）的存在下，空间局部化的流动模式出现在没有无序的系统的对流不稳定阈值以下。热对流对污染物沿层的输运有着重要的影响，特别是当其分子扩散较弱时。有效（或涡流）扩散率还允许观察从一组局部电流到几乎无处不在的强烈“全球”流动的过渡。我们提出的有效扩散系数的数值计算结果，并讨论它们的背景下，本地化的流体流和过渡到一个“全球”的流量。我们的数值结果是在一个很好的协议与分析理论，我们开发的限制一个小的分子扩散率和稀疏域的本地化电流。虽然结果是针对特定的物理系统获得的，但它们与各种各样的流体动力学系统相关。
2008-07-23 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
On the physical origin of enhanced turbulent-dispersion of inertial particles in boundary layer flows
关于湍流边界层流的惯性颗粒输运的最神秘的科学问题之一是湍流施密特数的值，即颗粒扩散率与湍流涡动粘性的比值。通过对湍流颗粒通量剖面的直接声学测量和两相流湍流分辨数值模拟，证明了用现有文献模型预测时，颗粒的湍流弥散是减小而不是增强的。解释在于在静水中的沉降速度的误导性假设，以估计湍流颗粒扩散率，而直接测量和模拟的湍流颗粒通量支持发生的沉降延迟。
2021-12-11 physics.flu-dyn
Convective plan-form two-scale dynamos in a plane layer
我们研究了水平层中对流平面形状产生的大空间尺度磁场。磁模式和它们的增长率扩展的幂级数的比例，和磁涡扩散率（MED）张量推导出的流动，对称的垂直轴在一个层。对于对流卷磁涡校正被证明总是积极的。对于矩形单元图案，负MED的参数空间中的区域与小尺度磁场产生的区域一致。在六角形细胞中没有发现负MED的实例。一个家庭的平面形式与一个更小的对称群比矩形细胞模式已被发现的数值，MED是负的分子磁扩散率超过阈值的小规模磁场产生。
2004-12-29 nlin.CD physics.flu-dyn physics.geo-ph
Turbulent Schmidt Number Measurements Over Three-Dimensional Cubic Arrays
本文给出了三维城市冠层上方湍流Schmidt数Sc_t的估计，其中Sc_t是流动的一个性质，定义为动量的涡动扩散率（K_M）与质量的涡动扩散率（D_t）之比。尽管Sc_t模型特别对于通过计算流体动力学进行的污染物扩散模拟具有很大的意义，但没有已知的通用值。同时测量的流体速度和质量浓度进行了三个交错阵列的立方体障碍物对应的孤立流，尾流干扰，和撇流制度的水通道。被动示踪剂从位于高度z=1.67H的连续点源释放，其中H是障碍物高度。结果表明，三个阵的Sc_t随冠层以上高度的增加而增加，z=2H（Sc_t = 0.6）时的值约为z=H时的两倍。观测到的Sc_t与根据前人发表的K_M和D_t的表达式用一个简单的Sc_t公式模拟的结果吻合得很好。与文献中发现的其他Sc_t模型的比较也被提出和讨论。
2020-01-29 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Turbulent scalar flux in inclined jets in crossflow: counter gradient transport and deep learning modelling
Stanford University（斯坦福大学）；Citrine Informatics（Citrine信息公司）
采用高分辨大涡模拟（LES）对横流中圆柱形倾斜射流在两种不同速度比（$r=1$和$r=2$）下的流动进行了研究。首先，湍流标量混合的调查揭示了以前观察到的，但无法解释的负湍流扩散率的现象。我们确定了两种不同类型的反梯度运输，普遍存在于不同的地区：第一，在整个迎风剪切层，是由交叉梯度运输;第二，靠近墙后注射，是由非本地效应。然后，我们提出了一种深度学习方法，通过调整先前开发的张量基神经网络来模拟雷诺应力，从而对湍流标量通量进行建模（Ling等人，2016 a）。这种方法使用具有嵌入式坐标系不变性的深度神经网络来预测张量湍流扩散率，该扩散率在用于训练的高保真数据中不可明确获得。在确保分析，矩阵扩散导致对流扩散方程的稳定解，我们采用这种方法在研究中的横流倾斜射流。结果表明，一个简单的模型相比，显着的改善，特别是在交叉梯度效应发挥重要作用的湍流混合。本文提出的模型不限于横流中的射流，它可以用于任何湍流中，其中考虑了标量的雷诺平均传输。
2020-09-28 cs.LG physics.flu-dyn
A theoretical model for oceanic submesoscales under next-order effects of strain and turbulence
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文提出了一种理论模型，研究次临界尺度环流在中尺度应变和BLT下的一级效应，揭示了锋面生成与分解的机制及参数影响。
2026-01-26 physics.flu-dyn
Generative convective parametrization of dry atmospheric boundary layer
Technische Universität Ilmenau（伊尔默瑙工业大学）；Universität Hamburg（汉堡大学）；New York University（纽约大学）
提出基于生成对抗网络的干对流边界层参数化方法，结合自相似层增长物理机制，准确预测非高斯瞬态湍流统计特性及水平组织结构，为自然流动的数据驱动参数化提供新途径。
2023-07-27 cs.LG physics.ao-ph physics.flu-dyn
