第一届未来大气科学论坛

      我国北方春季冷锋过境后，常骤发强风，甚至起沙扬尘，持续数小时甚至一两天。研究指出，寒潮过后的平均风上常叠加有较有规律的周期一到数分钟的阵风，阵风谱区存在相干结构：风速谷期有上升运动而风速峰期有下沉运动，这表明，阵风沿顺风方向的水平速度与垂直速度并非完全独立，而是呈现出反相的相干性。这种相干性有利于动量下传，使得阵风扰动在动量传输中的作用与湍流相当，并促进物质输送，是阵风起沙扬尘的机制。
      为何看似杂乱无章的湍流中会出现如此有规律的运动？我们通过观测实验发现，阵风和反相相干结构的形成可能是一个三维边界层的稳定性问题，而非二维边界层稳定性问题。具体而言，边界层流向的切变流动在科氏力的作用下形成展向流动，展向风速的分布是不稳定的，从而失稳形成准流向的涡对和条带，阵风和反相相干结构的形成与此有关。我们可以通过求解小扰动的Navier-Stokes方程——Orr-Sommerfeld方程来讨论此现象。
 

湍流,阵风,相干结构,准流向涡,拐点