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张飞驰;谢金汉;Chen，宋曦;郑晓静

基于自回归滑动平均模型的大气表层流向速度自相关的稳健关系。 （英语） Zbl 07812336号

J.流体力学。 981，论文编号A20，33 p.（2024）.
小结：我们构建了一个由边界层湍流中流向速度波动的历史和随机效应组成的自回归滑动平均（ARMA）模型。到壁的距离和边界层厚度分别决定了ARMA模型的时间步长和阶数。基于ARMA模型的自相关解析表达式，我们得到了二阶结构函数的全局解析表达式，该函数渐近地捕捉惯性、动态和大范围范围。具体来说，ARMA模型的指数自相关来自自回归系数，并通过移动平均系数修改为对数行为。渐近表达式使我们能够通过现有参数确定模型系数，例如Kolmogorov常数和Townsend-Perry常数。导出了特征长度尺度的双对数表达式，并用来自青土湖观测阵列站点的直接数值模拟数据（Re_τ\approx5200）和野外测量的中性大气表层数据（Reτ\sim O（10^6））进行了验证。这个关系是稳健的，因为它适用于（Re_τ）从（O（10^4）到（O（10 ^6）），甚至当自然ASL的统计数据偏离标准边界层湍流的统计数据时，例如在能量生产和耗散不平衡的情况下，以及当汤森-佩里常数偏离传统值时。

MSC公司：

86A10美元 气象学和大气物理学
76F40型 湍流边界层

关键词：

大气流量;湍流边界层
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\textit{F.-C.Zhang}等人，《流体力学杂志》。981，论文编号A20，33页（2024；Zbl 07812336）
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参考文献：

[1] Anselmet，F.、Gagne，Y.、Hopfinger，E.J.和Antonia，R.A.1984湍流剪切流中的高阶速度结构函数。《流体力学杂志》140，63-89。
[2] Bailey，S.C.C.&Smits，A.J.2010湍流管流中大尺度运动结构的实验研究。《流体力学杂志》651、339-356·Zbl 1189.76013号
[3] Balakumar，B.J.和Adrian，R.J.2007河道和边界层流动中的大型和超大型运动。菲尔翻译。R.Soc.A365（1852），665-681·Zbl 1152.76369号
[4] Chamecki，M.，Dias，N.L.，Salesky，S.T.&Pan，Y.2017大气表层纵向结构函数的缩放定律。J.大气。科学74（4），1127-1147。
[5] Chauhan，K.A.2007标准壁面湍流研究。伊利诺伊理工学院博士论文。
[6] Choi，B.2012ARMA模型识别。施普林格科技与商业媒体。
[7] Davidson，P.A.&Krogstad，P.-Au.2009边界层对数律区域中流向波动的简单模型。物理学。流感21（5），055105·Zbl 1183.76166号
[8] Davidson，P.A.&Krogstad，P.-Au.2014光滑和粗糙边界层对数律区域低阶结构函数的通用标度。《流体力学杂志》752，140-156·Zbl 1431.76058号
[9] Davidson，P.A.，Krogstad，P.-An.&Nickels，T.B.2006a壁层湍流中对数结构函数定律的精细解释。物理学。流体18（6），065112。
[10] Davidson，P.A.，Nickels，T.B.&Krogstad，P.-Au.2006b壁层湍流中的对数结构函数定律。《流体力学杂志》550、51-60·Zbl 1097.76038号
[11] Dennis，D.J.C.&Nickels，T.B.2011湍流边界层中大规模三维结构的实验测量。第1部分。涡流包。《流体力学杂志》673180-217·Zbl 1225.76009号
[12] Di Paola，M.1998风场速度的数字模拟。J.Wind Enging Ind.Aerodyng.74，91-109。
[13] Dilling，S.&Macvicar，B.J.2017用自回归滑动平均（ARMA）模型清理高频速度剖面数据。流量测量。仪器54，68-81。
[14] Ding，M.，Nguyen，K.X.，Liu，S.，Otte，M.J.&Tong，C.2018对流和近中性大气表层中压力-应变关系和压力波动的研究。《流体力学杂志》854、88-120·Zbl 1415.86027号
[15] Faranda，D.，Dubrule，B.，Daviaud，F.&Pons，F.M.E.2014a通过自回归移动平均模型探测湍流间歇性。物理学。修订版E90（6），061001。
[16] Faranda，D.、Pons，F.M.E.、Dubrule，B.、Daviaud，F.、Saint-Michel，B.、Herbert，É&Cortet，P.-P.2014b使用自回归移动平均过程对湍流数据集进行建模和分析。物理学。流体26（10），105101。
[17] 《湍流：A.N.科尔莫戈洛夫的遗产》，联合国，弗里希，1995年。剑桥大学出版社·兹比尔0832.76001
[18] Ganapathisubramani，B.，Hutchins，N.，Hambleton，W.T.，Longmire，E.K.&Marusic，I.2005使用两点相关性研究湍流边界层中的大规模相干。《流体力学杂志》524，57-80·Zbl 1060.76503号
[19] De Giovanetti，M.、Hwang，Y.和Choi，H.2016湍河道流中附加涡流产生的表面摩擦。《流体力学杂志》808，511-538·Zbl 1383.76256号
[20] Guala，M.、Hommema，S.E.和Adrian，R.J.2006湍流管流中的大尺度和超大型运动。《流体力学杂志》554，521-542·Zbl 1156.76316号
[21] Gustenyov，N.、Egerer，M.、Hultmark，M.，Smits，A.J.和Bailey，S.C.2023高雷诺数壁边界流中长度标度的相似性。《流体力学杂志》965，A17。
[22] He，G.，Jin，G.&Yang，Y.2017湍流中的时空关联和动态耦合。每年。修订版流体机械49，51-70·Zbl 1359.76152号
[23] Hu，R.，Dong，S.&Vinuesa，R.2023一般附加涡流：尺度律和级联自相似性。物理学。流体版本8（4），044603。
[24] Hutchins，N.，Chauhan，K.，Marusic，I.，Monty，J.&Klewicki，J.2012致力于调和大气和实验室中湍流边界层的大规模结构。边界层气象.145（2），273-306。
[25] Hutchins，N.、Hambleton，W.T.和Marusic，I.2005湍流边界层中的倾斜横流立体粒子图像测速测量。《流体力学杂志》541，21-54·Zbl 1119.76304号
[26] Hutchins，N.和Marusic，I.2007湍流边界层对数区域中非常长的蜿蜒特征的证据。《流体力学杂志》579，1-28·Zbl 1113.76004号
[27] Hutchins，N.、Nickels，T.B.、Marusic，I.和Chong，M.S.2009壁边界湍流中的热线空间分辨率问题。《流体力学杂志》635、103-136·Zbl 1183.76025号
[28] Jiménez，J.2018壁面湍流中的相干结构。J.Fluid Mech.842，第1页·Zbl 1419.76316号
[29] Kader，B.A.和Yaglom，A.M.1989《不稳定热分层中表层大气湍流的光谱和相关函数》，第387-412页。斯普林格·Zbl 0727.76038号
[30] Kang，Y.，Belušić，D.&Smith-Miles，K.2014在噪声时间序列中检测和分类事件。J.大气。科学71（3），1090-1104。
[31] Kang，Y.，Belušić，D.&Smith-Miles，K.2015稳定大气边界层中的结构类别。Q.J.R.Meteorol公司。Soc.141（691），2057-2069年。
[32] Kareem，A.2008风效应的数值模拟：概率观点。J.Wind Enging Ind.Aerodyn.96（10-11），1472-1497。
[33] Kim，K.C.和Adrian，R.J.1999.外层的大规模运动。物理学。流体11（2），417-422·Zbl 1147.76430号
[34] Kleinhans，D.、Friedrich，R.、Schaffarczyk，A.P.和Peinke，J.2009风力涡轮机应用的合成湍流模型。《湍流进展III》（编辑：J.Peinke、M.Oberlack和A.Talamelli），第111-114页。斯普林格。
[35] Kolmogorov，A.N.1941《非常大雷诺数下不可压缩粘性流体中湍流的局部结构》。C.R.学院。科学。URSS30，301-305。
[36] Kovasznay，L.S.G.，Kibens，V.&Blackwelder，R.F.1970湍流边界层间歇区域的大尺度运动。《流体力学杂志》41（2），283-325。
[37] Krenk，S.和Møller，R.N.2019湍流风场表示和条件平均场模拟。程序。R.Soc.A475（2223），20180887·Zbl 1427.76082号
[38] Kusiak，A.，Zheng，H.&Song，Z.2009风电场功率短期预测：数据挖掘方法。IEEE传输。能量转换24（1），125-136。
[39] Lee，M.&Moser，R.D.2015湍流河道水流的直接数值模拟。《流体力学杂志》774、395-415。
[40] Lee，J.H.&Sung，H.J.2011湍流边界层中的大规模运动。《流体力学杂志》673，80-120·Zbl 1225.76162号
[41] Li，X.，Hutchins，N.，Zheng，X.、Marusic，I.和Baars，W.J.2022分层大气表层湍流结构的尺度相关倾角。《流体力学杂志》942，A38·Zbl 1494.76049号
[42] Liu，H.，Erdem，E.&Shi，J.2011 ARMA-GARCH（-M）方法的综合评估，用于建模风速的平均值和波动率。申请。能源88（3），724-732。
[43] Liu，H.，He，X.&Zheng，X.2021《沙尘大气表层流中颗粒对壁面法向速度波动影响的研究》。物理学。流体33（10），103309。
[44] Liu，H.，Wang，G.&Zheng，X.2017大气表层大尺度结构的空间长度尺度。物理学。流体版本2064606。
[45] Liu，H.，Wang，G.&Zheng，X.2019a高雷诺数大气表层多尺度湍流运动之间的振幅调制。《流体力学杂志》861，585-607。
[46] Liu，H.，Wang，G.&Zheng，X.2019b基于大气表层观测的大型结构的三维表示。《地球物理学杂志》。第124（20）号决议，10753-10771。
[47] Marusic，I.&Kunkel，G.J.2003平板边界层的流向湍流强度公式。物理学。流体15（8），2461-2464·Zbl 1186.76353号
[48] Marusic，I.&Monty，J.P.2019附壁湍流涡流模型。每年。《流体力学评论》51，49-74·Zbl 1412.76038号
[49] Marusic，I.，Monty，J.P.，Hultmark，M.&Smits，A.J.2013关于壁湍流的对数区域。J.流体力学716，R3·Zbl 1284.76206号
[50] Meneveau，C.&Marusic，I.2013湍流边界层中高阶矩的广义对数定律。《流体力学杂志》719，R1·Zbl 1284.76209号
[51] Meneveau，C.&Sreenivasan，K.R.1987充分发展湍流的简单多重分形级联模型。物理学。修订稿59（13），1424年。
[52] Monin，A.S.&Obukhov，A.M.1954地面附近大气湍流混合的基本定律。Tr.Geofiz公司。阿卡德研究所。诺克SSSR24（151），163-187。
[53] Monkewitz，P.A.2022壁湍流中流向雷诺应力的症状。《流体力学杂志》931，A18·兹比尔1481.76113
[54] Obukhov，A.1946热不均匀大气中的湍流。事务处理仪表温度。杰菲兹。阿卡德。诺克SSSR1，95-115·Zbl 0063.05997号
[55] Ùnder，A.&Meyers，J.2018关于中性大气边界层中超大尺度运动与一排风力涡轮机的相互作用。《流体力学杂志》841，1040-1072·Zbl 1419.76323号
[56] O'Neill，P.L.，Nicolaides，D.，Honnery，D.，Soria，J.2004自相关函数和参考实验和数值数据确定积分长度。第15届澳大利亚流体力学会议（编辑：M.Behnia、W.Lin和G.D.McBain），第1卷，第1-4页。悉尼大学。
[57] Pan，Y.和Chamecki，M.2016A二阶结构函数剪切产生范围的标度律。《流体力学杂志》801、459-474·兹比尔1462.76113
[58] Pope，S.B.2000湍流。剑桥大学出版社·Zbl 0966.76002号
[59] Puccioni，M.、Calaf，M.，Pardyjak，E.R.、Hoch，S.、Morrison，T.J.、Perelet，A.和Iungo，G.V.2023通过风激光雷达测量，确定与附壁涡旋和近中性大气表层超大规模运动相关的能量贡献。《流体力学杂志》955，A39。
[60] Razaz，M.和Kawanisi，K.2011声学测速仪的信号后处理：检测和更换尖峰。测量。科学。技术22（12），125404。
[61] Robinson，S.K.1991湍流边界层中的相干运动。每年。《流体力学评论》23（1），601-639。
[62] Rossi，R.、Lazzari，M.和Vitaliani，R.2004结构工程风场模拟。国际期刊数字。方法。工程61（5），738-763·Zbl 1075.74673号
[63] Samiee，M.、Akhavan-Safaei，A.和Zayernouri，M.2022回火分数LES建模。《流体力学杂志》932，A4·Zbl 1514.76046号
[64] Schmidt，O.T.，Towne，A.，Rigas，G.，Colonius，T.&Brès，G.A.2018射流湍流光谱分析。《流体力学杂志》855、953-982·Zbl 1415.76293号
[65] Schmitt，F.G.和Huang，Y.2016缩放时间序列的随机分析：从湍流理论到应用。剑桥大学出版社·Zbl 1335.62005号
[66] Schoppa，W.&Hussain，F.2002近壁湍流中的相干结构生成。《流体力学杂志》453，57-108·Zbl 1141.76408号
[67] Sfetsos，A.2002A平均每小时风速时间序列预测的新方法。更新。能源27（2），163-174。
[68] She，Z.S.&Leveque，E.1994充分发展湍流中的通用标度定律。物理学。修订稿72（3），336。
[69] Shumway，R.H.，Stoffer，D.S.&Stoffer，D.S.2000时间序列分析及其应用，第3卷。斯普林格·Zbl 0942.62098号
[70] Sillero，J.A.，Jiménez，J.&Moser，R.D.2014雷诺数高达\（δ^+\约2000）时湍流边界层和通道的两点统计。物理学。流体26（10），105109。
[71] De Silva，C.M.，Hutchins，N.&Marusic，I.2016湍流边界层中的均匀动量区。《流体力学杂志》786、309-331·Zbl 1381.76106号
[72] De Silva，C.M.，Marusic，I.，Woodcock，J.D.&Meneveau，C.2015湍流边界层中二阶和高阶结构函数的缩放。《流体力学杂志》769、654-686·Zbl 1431.76059号
[73] Taylor，G.I.1921连续运动的扩散。程序。伦敦。数学。Soc.2（1），196-212。
[74] Taylor，G.I.1938湍流谱。程序。R.Soc.Lond.164（919），476-490。
[75] Tennekes，H.1979指数拉格朗日相关函数和惯性子范围内的湍流扩散。大气。《环境》13（11），1565-1567。
[76] Tennekes，H.1982相似关系、标度律和谱动力学，第37-68页。斯普林格。
[77] Thomson，D.J.1987湍流中粒子轨迹随机模型的选择标准。《流体力学杂志》180、529-556·Zbl 0644.76065号
[78] Tong，C.&Ding，M.2019对流大气表层中使用匹配渐近展开的多点Monin-Obukhov相似性。《流体力学杂志》864、640-669·Zbl 1415.86030号
[79] Tong，C.&Nguyen，K.X.2015多点Monin-Obukhov相似性及其在对流大气表层湍流谱中的应用。J.大气。科学72（11），4337-4348。
[80] Townsend，A.A.1961平衡层和壁湍流。《流体力学杂志》11（1），97-120·Zbl 0127.42602号
[81] Townsend，A.A.R.1976湍流剪切流的结构。剑桥大学出版社·Zbl 0325.76063号
[82] Tritton，D.J.2012物理流体动力学。施普林格科技与商业媒体。
[83] Tutkun，M.、George，W.K.、Delville，J.、Stanislas，M.，Johansson，P.、Foucaut，J.-M.和Coudert，S.2009高雷诺数平板湍流边界层中的两点关联。J.Turbul.10，N21。
[84] Vercauteren，N.，Boyko，V.，Faranda，D.&Stiperski，I.2019稳定边界层中的尺度相互作用和各向异性。Q.J.R.Meteorol公司。Soc.145（722），1799-1813年。
[85] Vercauteren，N.&Klein，R.2015描述稳定边界层中间歇性湍流爆发以及与亚体运动相互作用的聚类方法。J.大气。科学72（4），1504-1517。
[86] Vercauteren，N.，Mahrt，L.&Klein，R.，2016稳定边界层中运动尺度之间相互作用的研究。Q.J.R.Meteorol公司。Soc.142（699），2424-2433。
[87] Volino，R.J.，Schultz，M.P.&Flack，K.A.2007粗糙和光滑边界层中的湍流结构。《流体力学杂志》592，263-293·Zbl 1151.76359号
[88] Wallace，J.M.2014湍流时空相关性：综述。西奥。申请。机械。信函4（2），2003年2月。
[89] Wang，G.，Gu，H.&Zheng，X.2020有沙和无沙大气表层湍流的大尺度结构。物理学。流体32（10），106604。
[90] Wang，G.&Zheng，X.2016大气表层的超大尺度运动：实地调查。《流体力学杂志》802，464-489。
[91] Wyngaard，J.C.&Coté，O.R.1971大气表层湍流动能和温度变化的预算。J.大气。科学28（2），190-201。
[92] Wyngaard，J.C.，Coté，O.R.&Izumi，Y.1971局部自由对流，相似性，以及剪切应力和热通量的预算。J.大气。科学28（7），1171-1182。
[93] Xie，J.-H.，De Silva，C.，Baidya，R.，Yang，X.I.A.和Hu，R.2021边界层湍流对数层中的三阶结构函数。物理学。流体版本6（7），074602。
[94] Yaglom，A.M.1994对流湍流边界层中的波动谱和方差：旧模型的重新评估。物理学。流体6（2），962-972·Zbl 0836.76042号
[95] Yang，X.I.A.，Baidya，R.，Johnson，P.，Marusic，I.&Meneveau，C.2017从附壁湍流涡流模型导出的对数区域结构函数张量标度。物理学。流体版本2（6），064602。
[96] Yang，Q.，Willis，A.P.和Hwang，Y.2019通道流中附着涡流的精确相干态。《流体力学杂志》8621029-1059·Zbl 1415.76373号
[97] Zhang，F.-C.，Xie，J.-H.，Chen，S.X.&Zheng，X.2023使用ARMA-GARCH模型分析和预测非平稳大气表层的流向速度波动。在IUTAM湍流结构和颗粒-湍流相互作用专题讨论会（编辑：X.Zheng和S.Balachandar），第104-116页。斯普林格。
[98] Zhang，F.-C.，Xie，J.-H.&Zheng，X.2022基于结构函数的有沙和无沙大气表层对数区域研究。物理学。流体版本7（8），084609。
[99] Zhou，J.，Adrian，R.J.，Balachandar，S.&Kendall，T.M.1999.河道水流中产生发夹涡相干包的机制。《流体力学杂志》387，353-396·Zbl 0946.76030号
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