A.马沙耶克。;考尔菲尔德，C.P。;M.H.阿尔福德。 金发姑娘在海洋剪切引起的湍流倾覆中混合。 （英语） Zbl 1495.76051号 J.流体力学。 928，论文编号A1，32 p.（2021）. 摘要：我们基于Thorpe和Ozmidov尺度的比值，提出了一种新的、简单的物理参数化方法，用于不可逆湍流通量系数（varGamma{mathcal{M}}=mathcal}M/epsilon），即不可逆速率的比值由于湍流动能耗散率（ε）的宏观运动，分层流中的背景势能增加。我们的参数化涵盖了剪切诱导分层湍流生命周期的所有三个关键阶段（关键是时间）：初始的“热”增长阶段、中间的能量强迫阶段和最后的“冷”石化衰退阶段。涵盖所有三个阶段使我们能够强调中间阶段的重要性，我们称之为“金发姑娘”阶段，因为它显然是最佳的（因此既不太热也不太冷，但刚刚好）平衡，其中从背景剪切到湍流混合的能量转移是最有效的。在此阶段，（varGamma_{mathcal{M}}）的值接近1/3，我们证明这似乎与持续湍流的临界或边缘理查森数的调整有关。重要的是，尽管浮力效应在这一中间阶段的湍流动力学的领先阶仍然显著，但流动中的边缘平衡确保（密度）标量的湍流混合有效地“锁定”于动量的湍流混合。通过与六个跨越不同湍流生成机制和广泛地理位置和深度的海洋学数据集的比较，我们为我们的参数化提供了支持性证据。利用这些观察结果，我们强调了将固有可变通量系数参数化的重要性，以捕捉与罕见的高能但基本上是剪切驱动（因此没有强烈分层）翻转相关的湍流通量，这些翻转对总混合的贡献不成比例。我们还强调了在参数化中表示年轻湍流斑块的重要性，以便将小尺度物理与大尺度混合应用（如海洋环流和示踪剂预算）联系起来。因此，剪切诱导湍流对世界海洋中的不可逆混合至关重要，显然甚至在海底附近，了解混合事件的固有时间依赖性和演化至关重要：历史对混合至关重要。 引用于7文件 MSC公司： 76层25 湍流输送、混合 76F45型 湍流中的分层效应 76U60型 地球物理流 86A05型 水文学、水文学、海洋学 关键词：分层流;分散，分散;海洋建模;参数化;不可逆湍流通量系数;紊流动能耗散率 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{A.Mashayek}等人，《流体力学杂志》。928，A1号文件，第32页（2021；兹bl 1495.76051） 全文： DOI程序 arXiv公司 链接 参考文献： [1] Alford，M.&Pinkel，R.2000湍流和双扩散现象的模式：快速防护微电导探针的观察结果。《物理学杂志》。Oceanogr.30（5），833-854。 [2] Alford，M.H.、Girton，J.B.、Voet，G.、Carter，G.S.、Mickett，J.B.和Klymak，J.M.2013萨摩亚航道深海水的湍流混合和水力控制。地球物理学。研究稿40（17），4668-4674。 [3] Baumert，H.&Peters，H.2000弱分层湍流剪切流的二阶矩闭合和长度标度。《地球物理学杂志》。研究：海洋1056453-6468。 [4] Bouffard，D.&Boegman，L.2013A分层环境流的底辟扩散率模型。动态。大气。海洋。61-62, 14-34. [5] Brethouwer，G.，Billant，P.，Lindborg，E.&Chomaz，J.-M.2007强分层湍流的尺度分析和模拟。《流体力学杂志》585，343-368·Zbl 1168.76327号 [6] Cael，B.B.&Mashayek，A.2020海洋湍流的对数正态性。物理学。修订稿126、224502。 [7] Caldwell，D.R.1983海洋湍流：大爆炸还是持续创造？《地球物理学杂志》。第88号决议（C12），第7543-7550页。 [8] Carter，G.S.、Voet，G.、Alford，M.H.、Girton，J.B.、Mickett，J.B.、Klymak，J.M.、Pratt，L.J.、Pearson Potts，K.A.、Cusack，J.M.和Tan，S.2019A萨摩亚通道深海湍流混合的空间地理学。《海洋学》32（4），194-203年。 [9] Caulfield，C.P.2021湍流分层流中的分层、不稳定性和混合。每年。《流体力学评论》53（1），113-145·Zbl 1459.76064号 [10] Caulfield，C.P.&Peltier，W.R.2000均质和分层自由剪切层中混合过渡的解剖学。《流体力学杂志》413，1-47·兹伯利0982.76050 [11] Caulfield，C.P.2020湍流分层混合的开放性问题：我们甚至知道我们不知道的东西吗？物理学。流体版本5，110518。 [12] Chalamalla，V.K.&Sarkar，S.2015内部潮汐驱动的近底湍流中的混合、耗散率及其基于翻转的估算。《物理学杂志》。海洋学家45（8），1969-1987年。 [13] Cimoli，L.，Caulfield，C.P.，Johnson，H.L.，Marshall，D.P.，Mashayek，A.，Naveira Garabato，A.C.&Vic，C.2019深海混合对局部内部破潮和混合效率的敏感性。地球物理学。Res.Lett.46（24），14622-14633。 [14] Clément，L.、Thurnherr，A.M.和St.Laurent，L.C.2017大西洋中脊深层断裂带的湍流混合。《物理学杂志》。《海洋学家》47（8），1873-1896年。 [15] De Lavergne，C.、Madec，G.、Le Sommer，J.、Nurser，A.J.G.和Garabato，A.C.N.2016可变混合效率对深海倾覆的影响。《物理学杂志》。Oceanogr.46（2），663-681。 [16] Deusebio，E.、Caulfield，C.P.和Taylor，J.R.2015分层平面Couette流中的间歇边界。《流体力学杂志》781，298-329·Zbl 1359.76147号 [17] Dillon，T.M.1982《垂直翻转：索普和奥兹米多夫长度刻度的比较》。《地球物理学杂志》。第87（C12）号决议，9601-9613。 [18] Ferrari，R.、Mashayek，A.、Mcdougall，T.J.、Nikurashin，M.和Campin，J.-M.2016颠倒海洋混合。《物理学杂志》。海洋学家46（7），2239-2261。 [19] Ferron，B.、Mercier，H.、Speer，K.、Gargett，A.和Polzin，K.1998罗姆切断裂带中的混合。《物理学杂志》。《海洋学家》28（10），1929-1945年。 [20] Fritts，D.C.、Bizon，C.、Werne，J.A.和Meyer，C.K.2003剪切不稳定性和重力波破碎导致的分层伴随湍流生成。《地球物理学杂志》。研究：大气。（1984-2012）108（D8），8452。 [21] Garanaik，A.和Venayagamoorthy，S.K.2019关于稳定分层流中湍流状态和混合效率的推断。《流体力学杂志》867，323-333·Zbl 1415.76382号 [22] Geyer，W.R.，Lavery，A.C.，Scully，M.E.&Trowbridge，J.H.2010高雷诺数下剪切不稳定性的混合。地球物理学。研究稿37，L22607。 [23] Gibson，C.H.1987海洋混合过程采样中的化石湍流和间歇性。《地球物理学杂志》。研究：海洋（1978-2012）92（C5），5383-5404。 [24] Gregg，M.C.1987温跃层中的底栖动物混合：综述。《地球物理学杂志》。研究：Oceans92（C5），5249-5286。 [25] Gregg，M.C.，D'Asaro，E.A.，Riley，J.J.&Kunze，E.2018海洋中的混合效率。每年。3月科学版10（1），443-473。 [26] 1961年，洛杉矶霍华德，约翰·W·迈尔斯的论文注释。《流体力学杂志》10，509-512·兹伯利0104.20074 [27] Howland，C.J.、Taylor，J.R.和Caulfield，C.P.2018测试分层剪切层的线性边缘稳定性。《流体力学杂志》839，R4·Zbl 1419.76209号 [28] Ijichi，T.&Hibiya，T.2018深海湍流混合效率的观测变化。《物理学杂志》。《海洋学家》48（8），1815-1830。 [29] Ijichi，T.、St.Laurent，L.、Polzin，K.L.和Toole，J.M.2020深渊的混合效率如何变化？地球物理学。研究稿47（7），1-9。 [30] Itsweire，E.C.，Koseff，J.R.，Briggs，D.A.&Ferziger，J.H.1993分层剪切流中的湍流：解释海洋剪切诱导混合的含义。《物理学杂志》。海洋学家23（7），1508-1522。 [31] Ivey，G.N.&Imberger，J.1991关于分层流体中湍流的性质。第一部分：混合的能量学。《物理学杂志》。Oceanogr.21，650-658。 [32] Ivey，G.N.，Winters，K.B.&Koseff，J.R.2008密度分层，湍流，但混合程度如何？每年。流体力学修订版40，169-184·Zbl 1136.76026号 [33] Kaminski，A.K.&Smyth，W.D.2019预先存在湍流场中的分层剪切不稳定性。《流体力学杂志》862，639-658·Zbl 1415.76274号 [34] Kato，H.&Phillips，O.M.1969关于湍流层穿透分层流体的研究。《流体力学杂志》37（4），643-655。 [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。苏联301-305。 [36] Lien，R.-C.、Caldwell，D.R.、Gregg，M.C.和Moum，J.N.1995年1991-1993年厄尔尼诺初太平洋中部赤道湍流变化。《地球物理学杂志》。研究：Oceans100（C4），6881-6898。 [37] Lozovatsky，I.D.&Fernando，H.J.S.2013自然流动中的混合效率。菲尔翻译。R.Soc.伦敦。A371（1982），20120123·Zbl 1353.76029号 [38] Mackinnon，J.A.等人2017内部波浪驱动的海洋混合气候过程团队。牛市。Am.Meteorol公司。Soc.98（11），2429-2454。 [39] Maffioli，A.、Brethouwer，G.和Lindborg，E.2019分层湍流中的混合效率。《流体力学杂志》794，3·Zbl 1462.76114号 [40] Mashayek，A.、Caulfield，C.P.和Peltier，W.R.2017a翻转在分层混合层最佳混合中的作用。《流体力学杂志》826，522-552·Zbl 1430.76221号 [41] Mashayek，A.、Caulfield，C.P.和Peltier，W.R.2013分层湍流剪切流中的时间依赖性非单调混合：浮力通量海洋学估计的影响。《流体力学杂志》736、570-593·兹比尔1294.76171 [42] Mashayek，A.、Ferrari，R.、Merrifield，S.、Ledwell，J.R.、St.Laurent，L.和Garabato，A.N.2017b南大洋垂直湍流混合的地形增强。《国家通讯》第8期，第14197页。 [43] Mashayek，A.、Ferrari，R.、Nikurashin，M.和Peltier，W.R.2015深海底辟混合增强对分层和海洋翻转环流的影响。《物理学杂志》。Oceanogr.45（10），2580-2597。 [44] Mashayek，A.&Peltier，W.R.2011a高雷诺数分层混合层的三维化。物理学。流体23111701。 [45] Mashayek，A.和Peltier，W.R.2011b分层大气和海洋剪切流中的湍流转换：雷诺数和普朗特数对机制的控制。地球物理学。研究稿38（16），L16612。 [46] Mashayek，A.&Peltier，W.R.2012a二次不稳定性的“动物园”是分层剪切流过渡的前兆。第1部分：。剪切对准对流、配对和编织不稳定性。《流体力学杂志》708，5-44·Zbl 1275.76102号 [47] Mashayek，A.&Peltier，W.R.2012b二次不稳定性的“动物园”是分层剪切流过渡的前兆。第2部分。分层的影响。《流体力学杂志》708、45-70·Zbl 1275.76103号 [48] Mashayek，A.&Peltier，W.R.2013地球物理流中剪切诱导混合：湍流的路径对其效率有影响吗？《流体力学杂志》725，216-261·Zbl 1287.76127号 [49] Mashayek，A.、Salehipour，H.、Bouffard，D.、Caulfield，C.P.、Ferrari，R.、Nikurashin，M.、Peltier，W.R.和Smyth，W.D.2017c深海环流中湍流混合的效率。地球物理学。研究稿44（12），6296-6306。 [50] Mater，B.D.和Venayagamoorthy，S.K.2014用于参数化稳定分层剪切流湍流的统一框架。物理学。流体26（3），36601。 [51] Mater，B.D.，Venayagamoorthy，S.K.，St.Laurent，L.&Moum，J.N.2015湍流耗散的胸尺度估计偏差。第一部分：海洋学数据中大规模倾覆的评估。《物理学杂志》。Oceanogr.45（10），2497-2521。 [52] Miles，J.W.1961关于非均匀剪切流的稳定性。《流体力学杂志》，第10期，第496-508页·兹比尔0101.43002 [53] Monismith，S.G.，Koseff，J.R.&White，B.L.2018分层条件下的混合效率：何时为常数？地球物理学。研究稿45（11），5627-5634。 [54] Moum，J.N.1996主跃层中的混合效率。《地球物理学杂志》。第101（C5）号决议，12-57。 [55] Nikurashin，M.&Legg，S.2011A粗糙地形产生的内部潮汐局部消散机制。《物理学杂志》。Oceanogr.41，378-395。 [56] Oglethorpe，R.L.F.，Caulfield，C.P.&Woods，A.W.2013分层湍流Taylor-Couette流中的自发分层。《流体力学杂志》721，R3·兹比尔1287.76018 [57] Olsthoorn，J.&Dalziel，S.B.2015涡环诱导分层混合。《流体力学杂志》78113-126·Zbl 1359.76133号 [58] Osborn，T.R.1980从耗散测量中估算局部垂直扩散率。《物理学杂志》。海洋研究所，第10期，第83-89页。 [59] Park，Y.G.、Whitehead，J.A.和Gnanadeskian，A.1994分层流体中的湍流混合：层形成和能量学。《流体力学杂志》279279-311。 [60] Peltier，W.R.&Caulfield，C.P.2003分层剪切流中的混合效率。每年。流体力学修订版35，135-167·兹比尔1041.76024 [61] Polzin，K.L.，Toole，J.M.，Ledwell，J.R.&Schmitt，R.W.1997深海湍流混合的空间变异性。《科学》276（5309），93-96。 [62] Portwood，G.D.，De Bruyn Kops，S.M.&Caulfield，C.P.2019高动态范围分层湍流的渐近动力学。物理学。修订稿122194504。 [63] Portwood，G.D.，De Bruyn Kops，S.M.，Taylor，J.R.，Salehipour，H.&Caulfield，C.P.2016分层湍流中动态不同区域的稳健识别。《流体力学杂志》807，R2·Zbl 1383.76265号 [64] Van Reeuwijk，M.，Holzner，M.&Caulfield，C.P.2019倾斜重力流中的混合和卷吸受到抑制。《流体力学杂志》873，786-815·Zbl 1419.76284号 [65] Salehipour，H.和Peltier，W.R.2015 Boussinesq分层湍流中的Diapycnal扩散率、湍流普朗特数和混合效率。《流体力学杂志》775，464-500·Zbl 1403.76028号 [66] Salehipour，H.，Peltier，W.R.&Caulfield，C.P.2018强分层混合层湍流的自组织临界性。《流体力学杂志》856228-256·Zbl 1415.76285号 [67] Schumann，U.和Gerz，T.1995稳定分层剪切流中的湍流混合。J.应用。《气象》.34（1），33-48。 [68] Scotti，A.2015湍流耗散的胸尺度估计偏差。第二部分：能量学论据和湍流模拟。《物理学杂志》。Oceanogr.45（10），2522-2543。 [69] Sherman，F.S.，Imberger，J.&Corcos，G.M.1978稳定分层水域中的湍流和混合。每年。修订版流体机械10（1），267-288·Zbl 0405.76023号 [70] Shih，L.H.，Koseff，J.R.，Ivey，G.N.&Ferziger，J.H.2005使用均匀剪切稳定分层湍流模拟对湍流通量和尺度进行参数化。《流体力学杂志》525193-214·Zbl 1065.76108号 [71] Smith，J.A.2020A使用索普排序估计混合的两种方法的比较。J.大气。海洋。技术.37（1），3-15。 [72] Smyth，W.D.2020边缘不稳定性和海洋混合效率。《物理学杂志》。Oceanogr.50，2141-2150。 [73] Smyth，W.D.、Moum，J.和Caldwell，D.2001湍流斑块中混合效率：直接模拟和微观结构观察的推论。《物理学杂志》。海洋学家311969-1992年。 [74] Smyth，W.D.&Moum，J.N.2000稳定分层混合层中湍流的长度尺度。物理学。液体12、1327·Zbl 1149.76542号 [75] Smyth，W.D.，Nash，J.D.&Moum，J.N.2019地球物理湍流中的自组织临界性。科学。代表9（1），3747。 [76] Taylor，G.I.1935湍流的统计理论IV湍流气流中的扩散。程序。R.Soc.伦敦。A151（873），465-478。 [77] Thorpe，S.A.，Smyth，W.D.&Li，L.2013小粘度和扩散率对稳定分层剪切流边缘稳定性的影响。《流体力学杂志》731、461-476·Zbl 1294.76117号 [78] Thorpe，S.A.2005《湍流海洋》。剑桥大学出版社。 [79] Thorpe，S.A.和Liu，Z.2009边缘不稳定性？《物理学杂志》。Oceanogr.392373-2381。 [80] Turner，J.S.1973流体中的浮力效应。剑桥大学出版社·Zbl 0262.76067号 [81] Villermaux，E.2019《混合与搅拌》，年度。《流体力学评论》51，245-273·Zbl 1412.76039号 [82] Waterhouse，A.F.等.2014根据湍流耗散率测量得出的底辟混合的全球模式。《物理学杂志》。Oceanogr.44（7），1854-1872年。 [83] Weinstock，J.1992稳定分层湍流中的垂直扩散率和翻转长度。《地球物理学杂志》。第97（21）号决议，653-658。 [84] Wells，M.，Cenedese，C.&Caulfield，C.P.2010密度流中通量系数（varGamma）和卷吸比E之间的关系。《物理学杂志》。Oceanogr.40，2713-2727。 [85] Winters，K.，Lombard，P.，Riley，J.&D'Asaro，E.A.1995密度分层流体中的可用势能和混合。《流体力学杂志》289、115-128·Zbl 0858.76095号 [86] Woods，A.W.，Caulfield，C.P.，Landel，J.R.&Kuesters，A.2010湍流Taylor-Couette流中密度界面的非侵入性混合。《流体力学杂志》663、347-357·兹比尔1205.76023 [87] Woods，J.D.1968夏季温跃层中的波致剪切不稳定性。《流体力学杂志》32，791-800。 [88] Zhou，Q.，Taylor，J.R.和Caulfield，C.P.2017不同普朗特数下分层平面Couette流中的自相似混合。《流体力学杂志》820，86-120·Zbl 1383.76297号 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。