Влияние когерентных структур и перемежаемости на параметры структурных функций атмосферной турбулентности

На основе аналитической модели одномерной турбулентности со степенным спектром флуктуаций, имеющих случайные фазы, и добавлением в выборку когерентных (локализованных) структур, а также перемежаемости турбулентности продолжен численный анализ структурных функций (СФ) атмосферной турбулентности Sm(L), определяемых по стандартным формулам, где m порядок структурной функции, L разница в положении двух слоев, с учетом влияния когерентных структур и перемежаемости. Учет локализованных в пространстве когерентных структур (КС) и перемежаемости связан с введением в поле турбулентности функций, описывающих КС с параметрами, задающими амплитуды КС, их толщину, распределение КС по длине выборки, а перемежаемость описывается множителями, определяющим вариации уровня турбулентности по высоте в пределах, например, 10-40 %) и распределение этих вариаций по длине исследуемой выборки. На основе численных расчетов структурных функций Sm(L) для некоторого выбора исходных параметров задачи показано, что учет когерентных структур и перемежаемости турбулентности приводит к отклонениям полученных профилей СФ от часто используемых в приложениях чисто степенных скейлингов, причем при соответствующем выборе исходных параметров задачи такие отклонения могут быть существенными. Этот подход позволяет дать аргументированное обьяснение особенностей СФ, наблюдаемых при обработке экспериментальных данных, например, данных по вертикальным профилям электрического поля в грозовой облачности для области высот z < 12 км. Ранее проведенный анализ турбулентности в атмосфере показал, что экспериментальные данные часто демонстрируют значительную неоднородность атмосферной турбулентности по высоте. Развиваемая в работе методика позволяет дать вполне корректную интерпретацию возникающих особенностей в характеристиках структурных функций, их скейлингах, в зависимости от параметров когерентных структур и перемежаемости турбулентности. Представляет интерес в последующих работах исследовать возможность выявления параметров когерентных структур и перемежаемости при обработке экспериментальных данных по неоднородной атмосферной турбулентности. В целях дальнейшего развития представленной методики необходимо также исследовать выявленные в проведенном анализе эффекты когерентных структур и перемежаемости при обобщении рассмотренной задачи на случаи двухмерной и трехмерной турбулентностей. Однако вполне очевидно, что такое обобщение существенно усложнит необходимые расчеты, а также увеличит значительно обьем требующихся вычислений для адекватного исследования роли когерентных структур и перемежаемости в формировании атмосферной турбулентности.