On the Dissipation Rate of Temperature Fluctuations in Stably Stratified Flows
在这项研究中，我们探讨了几个积分和外部长度尺度的湍流，可以制定通过使用耗散的温度波动（$χ$）和其他相关变量。我们的分析直接导致$χ$和温度的结构参数（$C_T^2$）的简单而非平凡的参数化。为了我们的目的，我们利用高保真度的数据，直接数值模拟分层通道流。
2020-08-24 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Dynamical regimes and clustering of small neutrally buoyant inertial particles in stably stratified turbulence
稳定分层流中的惯性粒子在海洋物理学中起着重要作用，从海洋中营养物的动力学到大气中污染物的扩散。我们认为Maxey-Riley方程的小中性浮力惯性粒子在Boussinesq近似，并讨论其有效性的限制。我们发现，粒子的行为作为强制阻尼振荡器，不同的制度取决于粒子的斯托克斯数和流体的Brunt-Väisälä频率。使用直接的数值模拟，我们研究的颗粒动力学，我们表明，在这些流动中的小中性浮力颗粒往往集群在低的局部涡度区域。这些粒子虽然很小，但其行为与示踪剂有着根本的不同。
2022-12-07 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Energy- and flux-budget turbulence closure model for stably stratified flows. Part II: the role of internal gravity waves
我们改进了我们先前的能量和通量预算湍流闭合模型（Zilitinkevich等人，2007，2008）的稳定分层的大气流动，并扩展它占额外的垂直通量的动量和额外的生产的湍流动能，湍流位能（TPE）和湍流通量的位温由于大尺度重力内波（IGW）。IGW的主要效应如下：通量理查森数的最大值（在无IGW区为0.2-0.25的普适常数）变得强可变。在垂直均匀层结中，它随波浪能的增加而增加，甚至可以超过1。在非均匀层结中，当IGW向较强层结传播时，最大通量理查森数随波浪能的增大而减小，最大通量趋于零，然后变为负值。也就是说，位温的垂直通量呈反梯度变化。IGW还降低了湍流的各向异性，增加了TPE在湍流总能量中的份额。根据方向（向下或向上），IGW加强或削弱总的垂直动量通量。该模式的预报结果与大气和实验室试验、直接数值模拟和大涡模拟的数据相一致。
2009-08-18 astro-ph.EP nlin.CD physics.ao-ph
Internal gravity waves in the energy and flux budget turbulence-closure theory for shear-free stably stratified flows
本文提出了考虑重力重力内波与无剪切稳定层结湍流双向耦合的能量通量平衡湍流闭合理论。该理论基于IGW的总（动能加势能）能量的收支方程、流体湍流的动能和势能的收支方程以及波浪和流体流动的位温的湍流通量。在一定高度处发射的波向上传播，并且波浪能的损失导致湍流能的产生。我们证明，由于非线性效应更强的波浪产生更强的湍流，这反过来又导致IGW的强阻尼。结果表明，较强的波浪的穿透长度比较弱的IGW的穿透长度短。弱IGW产生的湍流各向异性比强IGW产生的湍流各向异性强。低振幅IGW产生的湍流占湍流势能的90%。这类似于所观察到的高空对流层强各向异性（近二维）湍流的性质。
2019-06-24 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph
The energy- and flux budget theory for surface layers in atmospheric convective and stably stratified turbulence
本研究基于布辛涅斯克近似建立大气对流与稳定分层近地面层的EFB湍流闭合理论，揭示近地面层上下部湍流产生机制的差异，推导了可用于建模的多类湍流特征量垂直廓线的理论关系。
2022-06-13 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Extreme vertical drafts as drivers of Lagrangian dispersion in stably stratified turbulent flows
本研究利用数值模拟探讨了极端垂直气流对稳定分层湍流中拉格朗日粒子对相对扩散的加速作用，并量化了其与经典Richardson标度的偏差，对大气海洋混合及污染物输运具有重要意义。
2025-09-16 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Revisiting the Local Scaling Hypothesis in Stably Stratified Atmospheric Boundary Layer Turbulence: an Integration of Field and Laboratory Measurements with Large-eddy Simulations
20年前Nieuwstadt首次提出的“局部尺度”假设，以非常简洁的方式描述了稳定边界层的湍流结构，是众多基于局部封闭的数值天气预报模式的组成部分。然而，这一假设在非常稳定的条件下的有效性是一个持续争论的主题。在这项工作中，我们试图解决这个有争议的问题进行广泛的分析湍流数据从几个领域的运动，风洞实验和大涡模拟。广泛的稳定性，不同的现场条件和一套全面的湍流统计数据，使这项研究与众不同。
2005-09-12 physics.ao-ph
Turbulent Prandtl number and characteristic length scales in stably stratified flows: steady-state analytical solutions
在这项研究中，湍流普朗特数（$Pr_t$）的稳定性依赖的量化通过一个新的和简单的分析方法。基于方差和通量收支方程，首先提出了一种混合长度尺度公式，并建立了它与已知长度尺度的函数关系。其次，利用这些长度尺度的比值导出$Pr_t$和梯度理查森数之间的显式关系。此外，还对几个关键湍流变量进行了理论预测（例如，耗散率，归一化通量）。从我们提出的方法的结果进行比较，对其他竞争的配方，以及公布的数据集。总的来说，不同的方法之间的协议是相当不错的，尽管他们不同的理论基础和假设。
2021-09-13 physics.ao-ph physics.flu-dyn
On the Power-law Scaling of Turbulence Cospectra Part 1: Stably Stratified Atmospheric Boundary Layer
大气表层中的湍流通量是天气、水文和二氧化碳浓度预测的关键输入。在湍流通量的数值模拟中，通常假设在高波数时湍流共谱中存在-7/3幂律标度。在湍流通量的涡动协方差（EC）测量中，通常需要一个假定的湍流共谱形状来进行高频谱校正，通常假定为-7/3幂律。-7/3幂律标度的推导主要基于量纲分析，并且还观察到其他共谱标度。在这里，我们研究的形状湍流cospectrum在高波数从广泛的实地测量风速，温度，水蒸气和CO2浓度在各种稳定分层的大气条件。在稳定大气边界层的高波数平衡区，我们提出了一种符合-2次方律而不是-7/3律的湍流共谱形状。这一发现有助于改善估计湍流通量的建模和观测。
2018-11-21 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Turbulent Fluxes in Stably Stratified Boundary Layers
我们提出了一个国际会议“湍流混合及以后”的邀请演讲的扩展版本。本文以稳定大气边界层为例，讨论了稳定分层湍流边界层的动力学和统计学描述。传统的方法来解决这个问题，基于配置文件的平均量，速度二阶相关性，和尺寸估计的湍流热通量运行到一个众所周知的困难，预测抑制湍流在一个小的临界值的Richardson数，在矛盾的意见。现象学试图克服这个问题遭受各种理论上的不一致。在这里，我们提出了一种方法，充分考虑到所有的二阶统计，这使我们能够尊重总机械能的守恒。分析的高潮是所有平均量和所有二阶相关性的轮廓的解析解，消除了以前理论的非物理预测。我们认为，只要Richardson数不超过一阶，这里所采用的方法就足以描述大气边界层的下部。对于更高的Richardson数，物理学可能会发生质的变化，需要仔细考虑潜在的Kelvin-Helmoholtz波及其与涡旋湍流的相互作用。
2008-12-21 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Energy Conservation and Second-Order Statistics in Stably Stratified Turbulent Boundary Layers
我们解决的动力学和统计描述的稳定分层的湍流边界层的重要例子的大气边界层与稳定的温度分层。传统的方法来解决这个问题，基于配置文件的平均量，速度二阶相关性，和尺寸估计的湍流热通量运行到一个众所周知的困难，预测抑制湍流在一个小的临界值的Richardson数，在矛盾的意见。现象学试图克服这个问题遭受各种理论上的不一致。在这里，我们提出了一种方法，充分考虑到所有的二阶统计，这使我们能够尊重总机械能的守恒。分析的高潮是所有平均量和所有二阶相关性的轮廓的解析解，消除了以前理论的非物理预测。我们认为，只要Richardson数不超过一阶，这里所采用的方法就足以描述大气边界层的下部。对于更高的Richardson数，物理学可能会发生质的变化，需要仔细考虑潜在的Kelvin-Helmoholtz波及其与涡旋湍流的相互作用。
2007-05-01 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Equations of motion and conservation laws in a theory of stably stratified turbulence
这封信认为非等温流体流动和修改简化的基本流体动力学方程，这种流动最终到达一个概括的Oberbeck-Boussinesq近似有效的任意状态方程，包括非理想气体以及液体。所提出的方法是基于建议的一般定义的潜在温度。特别注意的是把能量守恒原理，并表明，所提出的近似精确地保存总机械能的近似运动方程。任何湍流边界层模型尊重守恒律的主要重要性明确强调。
2008-03-18 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Experimental study of the initial growth of a localized turbulent patch in a stably stratified fluid
我们提出了一个实验室实验中的稳定分层流体中的湍流补丁的增长，由于本地化的湍流源，产生的振荡网格。同步和重叠的粒子图像测速仪和平面激光诱导荧光测量已经进行捕获补丁的演变，通过其初始生长，直到它达到最大尺寸，其次是它的崩溃。密度和速度场的同时测量允许直接量化补丁内的混合程度，湍流/非湍流界面的传播速度及其厚度。速度测量表明，显着的非平衡效应内的补丁，这是不符合经典的网格行动模型。湍流/非湍流界面的局部分析提供了卷吸速度$w_{e}$的直接测量，与界面附近的局部垂直速度和湍流强度相比。发现夹带率$E$被限制在$0÷0.1$的范围内，并且在界面处的局部梯度理查森数为$\mathcal{O} (100)$。最后，我们表明，平均流是负责斑块崩溃。
2016-03-24 physics.ao-ph
Turbulence energetics in stably stratified geophysical flows: strong and weak mixing regimes
传统上，湍流能量学的特征在于湍流动能（TKE），并单独使用TKE预算方程建模。在稳定分层中，TKE由速度剪切产生，并通过粘性耗散和抵抗浮力而扩展。分层效应的特征在于浮力梯度与剪切力平方之比，称为理查森数，Ri。人们普遍认为，在Ri超过临界值Ric时，局部剪切不能维持湍流，并且流动变成层流。我们通过将能量分析扩展到湍流位能和总能量（TPE和TTE = TKE + TPE）来修正这一概念，考虑它们的预算方程，并得出结论，TTE是由剪切在任何分层中维持的保守参数。因此，不存在“能量Ric”，这与流体动力学不稳定性阈值Ric不稳定性相反，其典型值在0.25到1之间变化。我们证明，这个区间，0.25<Ri<1，分离两个不同的湍流制度：强混合和弱混合，而不是湍流和层流制度，作为经典的概念状态。这解释了Ri>>1时自由大气和深海湍流的持续发生，阐明了湍流边界层与自由流动的主要区别，为改进湍流闭合模式提供了依据。
2008-07-11 astro-ph.EP nlin.CD physics.ao-ph
Impact of alignments between fluctuating and mean density gradients on the scale-dependent energetics of stably stratified turbulence
Duke University（杜克大学）；University of Massachusetts Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）
通过直接数值模拟，研究了稳定分层湍流中波动与平均密度梯度对准对湍动能和可用势能跨尺度输运的影响，发现对准与浮力通量反转及能量通量减弱相关，且强对准区域多出现在稳定区。
2026-06-15 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Critical Balance and Scaling of Strongly Stratified Turbulence at Low Prandtl Number
我们扩展了稳定分层湍流的标度关系，从单位普朗特数的地球物理制度的天体物理制度的非常小的普朗特数适用于稳定分层区域的恒星和气体巨星。当普朗特数下降到浮力雷诺数的倒数（即$PrRb<1$）以下时，发现发生向新的湍流状态的过渡，这表明浮力方程中的主导平衡发生了变化。临界平衡参数的应用，然后推导出新的预测的各向异性能谱和占主导地位的平衡的Boussinesq方程的$PrRb\ll1$制度。我们发现，所有的标准标度关系的单位$Pr$稳定分层湍流极限简单地结转，如果弗劳德数，$Fr$，是由一个修改的弗劳德数，$Fr_M\equiv Fr/(PrRb)^{1/4}$取代。地球物理学和天体物理学的制度，从而顺利地连接在整个$PrRb=1$过渡。讨论了该方法在恒星辐射带垂直输运中的应用以及对小尺度发电机不稳定性判据的修正。
2022-12-30 astro-ph.SR physics.ao-ph physics.flu-dyn
Scaling Behavior of a Turbulent Kinetic Energy Closure Scheme for the Stably Stratified Atmosphere: A Steady-State Analysis
本文提出了一种适用于稳定层结大气的湍流动能（TKE）封闭方案，其中动量和热量的混合长度不以相同的方式参数化。关键的区别在于，在中性分层条件下，热量的混合长度倾向于与动量的稳定性无关的混合长度，而在大稳定性的极限下，它倾向于基于Brunt-Väisälä时间尺度和TKE的平方根的混合长度。这使得一个独特恒定状态解决方案TKE获得，我们证明，否则将是不可能的，如果混合长度相同。尽管该模型的相对简单，它表现出相当不错的观测数据从1999年合作大气-地面交换研究（CASES-99）使用常用的模型常数。分析无量纲速度和位温梯度或稳定性（校正）函数的标度行为揭示，对于大的稳定性，本模型以与Viterbo等人的一阶操作方案相同的方式标度（第四章）。罗伊流星125，2401-2426，1999）。或者，它表现为Baas等人的TKE封闭方案的两种情况的混合。层流星。127，17-36，2008）。重要的是，由于可以获得唯一恒定状态TKE，因此本模型避免了在Baas等人（2008）的一个案例中识别的非物理行为。
2020-12-08 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Direct Numerical Simulation of the Moist Stably Stratified Surface Layer: Turbulence and Fog Formation
我们调查的稳定分层的表面层上的冷凝和液态水负荷的影响，着眼于了解雾形成的湍流混合的影响。直接数值模拟（DNS）的干和湿明渠流进行，在这两个恒定的冷却率是在地面上应用，以模仿长波辐射冷却。取决于冷却速率，它可以导致湍流（弱稳定）或层流（非常稳定）。与完全干燥的情况相比，液态水在潮湿情况下的冷凝使得在导致湍流崩溃之前能够实现稍高的冷却速率。在非常稳定的情况下，失控冷却导致接近地面的液态水大量凝结，并在大部分区域产生雾（能见度小于1公里）。在弱稳定的情况下，湍流混合在类似的时间段内仅产生接近地面1公里的湍流。然而，尽管该系统的理想化的性质，目前的结果表明，湍流阻碍，虽然不一定会抑制，雾的形成。一个可能的机制内形成雾的湍流，其中增加的液态水含量的区域内形成的低速条纹的近壁循环。这些条纹在潮湿的情况下，由于减少了耗散的湍流动能相比，干燥的情况下，虽然在这两种情况下的条纹是不那么有活力和持久性比中性分层流。
2020-12-08 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Large-Eddy Simulation of Stably Stratified Atmospheric Boundary Layer Turbulence: A Scale-Dependent Dynamic Modeling Approach
发展了一种新的无调谐亚网格模型--局部平均尺度相关动力学（LASDD）模型，并将其应用于稳定边界层的大涡模拟（LES）。新模型动态计算Smagorinsky系数和亚网格尺度普朗特数的基础上解决的速度和温度场的局部动力学。总的来说，LES产生的湍流的统计数据与一些成熟的经验公式和理论预测（例如，Nieuwstadt的局部标度假说）是显著的。结果表明，在表层的大多数传统的亚网格尺度模式的明显改善。此外，与以前的稳定边界层的大涡模拟，有很强的依赖于网格分辨率相比，模拟统计数据与LASDD模型显示相对较小的分辨率依赖于这里考虑的网格尺寸的范围。从本质上讲，我们表明，新的LASDD模型是一个强大的亚网格尺度参数化的可靠，无调谐模拟稳定的边界层，即使相对粗糙的分辨率。
2005-02-24 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Application of a Large Eddy Simulation Database to Optimization of First Order Closures for Neutral and Stably Stratified Boundary Layers
大涡模拟（LES）是一种成熟的数值技术，它解决了大气边界层中最具能量的湍流波动。对这些波动进行平均，可以在具有明确定义的初始和边界条件的实验中获得平均值和湍流统计的高质量轮廓。因此，LES数据可以是有益的湍流封闭方案的评估和优化。在这项研究中，应用一个数据库的80 LES运行中性和稳定分层PBL（数据库64），以优化一阶湍流封闭（FOC）。已对混合长度比例和稳定性校正函数的近似值进行了调整，以使整个数据库64的相对均方根误差最小化。新的稳定性函数有正确的渐近线描述制度的强和弱的理论练习中发现的混合，大气数据和LES。正确的渐近线排除了在FOC公式中对临界理查森数的需要。此外，我们还分析了FOC质量作为积分边界层稳定性和垂直模式分辨率的函数。我们表明，FOC是从来没有完美的，因为在PBL的上半部分的湍流不是由本地梯度产生的。因此，参数化和LES通量在上层边界层解相关。考虑到这一缺陷，我们表明，有没有系统的质量恶化的FOC在强稳定的PBL提供的垂直模式分辨率优于10级内的PBL。与以前的研究一致，我们发现，质量提高缓慢的垂直分辨率细化。在大气层最低500 m处，大多数观测到的、模拟的和理论预测的稳定分层边界层所在的地方，一般不过度拉伸网格是明智的。
2007-01-19 physics.ao-ph
Well-posedness of the Euler equations in a stably stratified ocean in isopycnal coordinates
本文研究等密度坐标下稳定层化海洋不可压缩欧拉方程的适定性，填补相关分析空白，证明含剪切速度无正则化项的系统在索伯列夫空间的局部适定性，存在时间关于扰动大小ε一致且在特定假设下为大时间1/ε。
2025-11-13 math.AP physics.ao-ph physics.flu-dyn
Self-Similarity in Decaying Two-Dimensional Stably Stratified Adjustment
本文研究了由Boussinesq方程控制的二维稳定分层流动中大尺度密度扰动的演化。正如所知，最初平滑的密度（或温度）分布在演化的非常早期阶段发展成锋面。这导致了正面占主导地位的$k^{-1}$势能谱。最初以相对简单的几何形状为特征的锋面，自发地发展成具有非常精细尺度结构的严重扭曲的片，因此存在从大尺度到小尺度的能量转移。它在这里示出，这个过程的高潮在建立一个$k^{-5/3}$动能谱，虽然它的缩放扩展到一个较短的范围相比，$k^{-1}$缩放的势能谱。建立的动能标度信号的开始拟能衰减的收益在一个温和的调制指数的方式，并具有一种新的自相似性。具体而言，自相似性被认为是在与归一化涡度场相关的概率密度函数（\pdf{}）的时不变性质。鉴于在这个阶段的能量的快速衰减，频谱缩放是短暂的，并随着出现一个平滑的，大规模的，非常缓慢的衰减，（几乎）垂直剪切水平模式，其大部分能量在潜在的组件，即皮尔逊-林登制度衰落。
2006-10-11 physics.ao-ph physics.flu-dyn
General Temporal Instability Criteria For Stably Stratified Inviscid Flow
通过对Taylor-Goldstein方程的理论分析，研究了稳定分层流的时间不稳定性。根据这一分析，稳定层结$N^2\geq0$具有失稳机制，流动不稳定是由于动能与势能的竞争，而动能与势能的竞争由总弗劳德数$Fr_t^2$决定。在全局上，$Fr_t^2 \leq 1$意味着总动能小于总势能。因此，扰动后的势能可能转化为动能，流动变得不稳定。另一方面，当势能小于动能（$Fr_t^2>1$）时，流动是稳定的，因为没有势能可以转移到动能。流速剖面$U'/U'''>0$的流动比$U'/U'''<0$的流动更稳定。此外，不稳定扰动必须是长波尺度的。在局部情况下，流动是不稳定的，梯度Richardson数$Ri>1/4$。这些结果推广了Rayleigh，Fjørtoft，Sun和Arnol'd关于无粘均匀流体的准则，但与著名的Miles-Howard定理相矛盾。本文指出，变换$F=ϕ/(U-c)^n$不适用于时间稳定性问题，而且它将导致与Taylor-Goldstein方程的结果相矛盾。然而，这种变换可能是有用的研究Orr-Sommerfeld方程在粘性流动。
2011-10-16 astro-ph.EP math-ph math.MP
Machine-Learned Closure of URANS for Stably Stratified Turbulence: Connecting Physical Timescales & Data Hyperparameters of Deep Time-Series Models
National Center for Computational Sciences, Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室国家计算科学中心）；University of Massachusetts Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）；University of Washington（华盛顿大学）；DoD HPCMP PET/GDIT（美国国防部高性能计算现代化计划项目执行办公室/通用动力信息技术公司）
本文提出利用LSTM和NODE等时间序列机器学习方法对稳定分层湍流的URANS方程进行闭合建模，发现模型准确预测所需的最小信息时间尺度之比与流动雷诺数相对应。
2024-04-24 cs.LG physics.ao-ph physics.flu-dyn
Turbulence organization and mean profile shapes in the stably stratified boundary layer: zones of uniform momentum and air temperature
本研究在稳定分层边界层中发现涡旋组织呈均匀动量区与温度区的阶梯状结构，其尺度变化解释了对数平均廓线的偏差，并关联了湍流普朗特数趋势。
2022-07-21 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Layer formation in a stably-stratified fluid cooled from above. Towards an analog for Jupiter and other gas giants
本研究通过二维数值模拟探究上方冷却的稳定分层流体的层结形成机制，发现高Pr下会因热边界层不稳定性形成对流层，低Pr下则不会，且长期来看流体最终完全混合，对气态巨行星一维演化模型提出了挑战。
2022-11-28 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph
Anisotropic turbulent transport in stably stratified rotating stellar radiation zones
自转是影响恒星演化的重要物理机制之一。日震学和星震学揭示了在整个赫兹-罗素图上恒星辐射带的角动量的强提取。在不同旋转的稳定分层恒星辐射区的湍流输运应仔细模拟和评估其强度。层结和旋转意味着这种湍流输送是各向异性的。只有唯象的处方已提出的运输在水平方向上，但构成了基石，目前的理论形式主义恒星流体动力学的演化代码。我们推导出一个新的理论处方的各向异性的湍流运输辐射区使用的湍流，同时考虑稳定的分层，旋转和径向剪切的光谱形式主义。在此基础上，导出了由径向差动旋转不稳定性维持的三维湍流运动所引起的水平湍流输运。我们实现了这个框架中的恒星演化代码STAREVOL和量化的旋转和结构演化的低质量恒星从前主序星红巨星分支的影响。湍流输运的各向异性标度为$N^4τ^2/\left(2Ω^2\right)$、$N$和$Ω$，分别为浮力和旋转频率，$τ$为表征湍流源的时间。这导致了类似的强度的水平湍流输送的平均值，那些获得与先前提出的处方，即使它可以是局部较大的对流包络线以下。因此，仍然需要一种补充的输运机制，如内部重力波或磁场，来解释观测到的沿恒星演化的角动量强输运。
2018-08-06 astro-ph.SR physics.ao-ph physics.flu-dyn
Understanding the effect of Prandtl number on momentum and scalar mixing rates in neutral and stably stratified flows using gradient field dynamics
本研究通过分析梯度控制方程揭示了 Prandtl 数增加导致稳定分层湍流中势能耗散率下降和动能耗散率上升的机制，并提出了估计最小尺度浮力影响的替代参数。
2023-08-01 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Detection of standing internal gravity waves in experiments with convection over a wavy heated wall
本文用瑞利数$\sim 10^8$对气流中波浪形加热底壁的对流进行了实验研究。结果表明，大尺度环流内部流核的平均温度梯度是向上的，对应于稳定分层流。在波浪形加热底壁的实验中，我们探测到在稳定分层流区域激发的大尺度驻波内重力波。这些波的波长和周期远大于湍流的空间和时间尺度。特别地，所观察到的大尺度波的频率从0.006 Hz变化到0.07 Hz，而积分尺度中的湍流时间约为0.5 s。这些波的测量光谱包含几个本地化的最大值，这意味着存在的波导谐振器的大规模常设内部重力波。为了进行比较，还进行了在相同的底壁和上壁之间的平均温差下的光滑平面底壁上的对流实验。在这些实验中，还发现了具有稳定分层流的各种位置，并且在这些区域中观察到大尺度的驻波内重力波。
2020-08-12 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Chemical equilibrium and stable stratification of a multi-component fluid: thermodynamics and application to neutron stars
一个普遍的热力学论证表明，处于完全化学平衡的多组分物质，每个重子具有均匀的熵，通常是稳定分层的。这一点对于中子星尤其重要，因为在中子星中，熵的影响与由弱相互作用建立的平衡成分梯度的影响相比可以忽略不计。因此，可以断言，不管致密物质状态方程的不确定性如何，中子星都是稳定的层结。这对它们的振荡模式、磁场演化和内部角动量输运具有重要的、先前讨论过的后果。
2000-12-06 astro-ph gr-qc physics.ao-ph
Turbulence observations using moored temperature sensors in weakly stratified deep West-Mediterranean waters
在稳定的层化海洋中，小尺度湍流对于垂直交换以及水团和悬浮物质的混合是重要的。为了观测研究湍流运动及其背后的浮力和剪切力发生器，在地中海西部陡峭的大陆坡附近2 480米深的海底停泊了一个100米高的高分辨率温度（T）传感器阵列。该地区主要由边界流，（次）中尺度涡旋，内波，冬季密集的水形成，和非常弱的垂直密度分层。各种物理海洋学过程的详细观察，通过一个季节性的循环，包括：低剪切驱动的湍流在弱分层在夏末和秋季，大浮力驱动的湍流地热加热从下面交替与惯性内波运动在冬季，和中等浮力样湍流推动分层水从上面在冬末和春季。
2022-09-22 physics.ao-ph
Semi-organized structures and turbulence in the atmospheric convection
本研究将能量与通量收支（EFB）理论拓展至大气对流边界层核心区，推导得到半组织结构的动能、热能及全局湍流特征与相关参数的关系，可应用于建模及相关实验与模拟分析。
2024-02-08 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.flu-dyn
Energy cascades in rapidly rotating and stratified turbulence within elongated domains
我们研究强迫，rapildy旋转和稳定分层湍流在一个细长的域使用渐近展开在同时低Rossby数$Ro\ll1$和大域高度相比，能量注入规模，$h=H/\ell_{in}\gg1$。所得方程取决于参数$λ=(h Ro )^{-1}$和弗劳德数$Fr$。一组广泛的直接数值模拟（DNS）进行探索的参数空间$(λ,Fr)$。在弱层结（大$Fr$）下，当$λ$足够大时，观测到一个反向级联.在强分层（小$Fr$）时，流动变得近似流体静力学，并且总是观察到逆叶栅。对于弱分层和强分层，我们提出的理论论据支持所观察到的能量级联现象。我们的研究结果揭示了旋转和分层湍流的相图中的渐近区域，这是很难达到的蛮力DNS。
2021-10-21 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Characterization of local energy transfer in large-scale intermittent stratified turbulent flows via coarse graining
该研究针对大气海洋中分层湍流的大规模间歇性问题，改进空间滤波程序分析极端垂直气流的影响，发现其能触发跨尺度能量传递并加强特定尺度下动能与势能的耦合。
2025-04-15 physics.ao-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Turbulent fluxes of entropy and internal energy in temperature stratified flows
我们导出了低马赫数温度分层湍流中的平均熵和平均内能方程（即，对于湍流对流或稳定分层湍流），并表明湍流熵通量由${\bf F}_s=\overlineρ \, \overline{{\bf u} s}$给出，其中$\overlineρ$是平均流体密度，$s$是熵的波动，上条表示在湍流速度场${\bf u}$系综上的平均。我们证明了熵的湍流通量不同于流体内能的湍流对流通量${\bf F}_c=\overline{T} \, \overlineρ \, \overline{{\bf u} s}$，其中$\overline{T}$是平均流体温度。这种湍流对流通量在天体物理学和地球物理学文献中是众所周知的，它不能在平均熵方程中用作湍流通量。这一结果对低马赫数温度分层湍流是精确的，并且与所用模型无关。我们还推导出方程的速度熵相关性，$\overline{{\bf u} s}$，在小的和大的Peclet数的限制，分别使用准线性的方法和谱τ近似。鉴于温度分层湍流在天体物理和地球物理中的不同应用，这项研究是重要的。
2015-07-30 astro-ph.SR physics.ao-ph physics.flu-dyn
Energy conservation and gravity waves in sound-proof treatments of stellar interiors: Part II Lagrangian constrained analysis
在许多恒星和行星内部，声速大大超过了典型的流速。为了跟踪亚音速运动的缓慢演变，各种隔音模型试图去除快速声波，同时保留分层对流和浮力动力学。在天体物理学中，滞弹性模型通常在声音过滤分层模型中受到最多的关注。一般来说，滞弹性模型在接近绝热分层的区域（如恒星对流区）仍然有效，但在恒星辐射区常见的强烈亚绝热、稳定分层层中可能会失效。然而，研究恒星自转、环流和发电机需要理解对流和辐射区之间的复杂耦合，这需要在两种情况下都有效的鲁棒方程。在这里，我们将Brown Vasil & Zweibel 2012中开始的方程组分析（研究滞弹性模型）扩展到两种类型的伪不可压缩模型。这类模型在大气应用中受到关注，最近在白矮星超新星祖先的研究中也受到关注。我们证明，一个模型保存的能量，但其他没有。我们利用拉格朗日变分法将能量守恒模型推广为一般的状态方程，并将所得方程组称为广义伪不可压缩（GPI）模型。我们表明，GPI方程适当地捕捉在恒星和其他分层系统的对流和辐射区的低频现象，我们提供了转换低马赫数代码到这个方程组的建议。
2013-02-28 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph
Convection and intermittency noise in water temperature near a deep Mediterranean seafloor
湍流和内波运动对于深海中的动量、热量和悬浮物的交换很重要，因为深海的密度一般是稳定分层的。湍流生成模型涉及垂直电流差异的剪切变形分层的水域，对流是由（不稳定）浮力驱动。切变生成在分层良好的海洋内部更为普遍，而对流则发生在海面附近，例如通过夜间冷却。远低于表面，西地中海是非常弱的分层，并提供了观测研究深海对流的机会。一组机会主义的高分辨率温度传感器不仅展示了经典的内波诱导湍流，而且还展示了归因于地热加热的对流和与各种混沌理论模型（如1/sigma粉红噪声）相关的光谱特性。（sigma表示频率），主要分布在（0.01 m以上），1/sigma^2布朗噪声，主要出现在距海底约100 m的系泊缆上。近惯性的温度变化被观察到发生到海底，从而扰乱当地的对流湍流制度，以剪切为主的一个临时。海底的整体湍流时间尺度一般小于海底上方约100米处的整体湍流时间尺度（主要是高频运动）。
2023-03-20 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Bounds to the Basset-Boussinesq force on particle laden stratified flows
本文针对稳定分层地球物理流中的轻质颗粒，推导并数值验证了Basset-Boussinesq力大小的严格界，证明当浮力Stokes数较小时该力可忽略，并指出其对多数海洋颗粒可忽略、仅在强分层或大惯性时需考虑。
2024-10-08 physics.ao-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
