21 / 2022-05-28 19:15:33

基于ARMA模型的大气表面层特征空间尺度研究

边界层湍流,大气表面层,自相关函数,二阶结构函数,含沙流动

大气表面层流动作为一种天然的高雷诺数（Re_τ~O（10⁶））壁湍流，对于湍流边界层研究具有重要意义。在大气表面层湍流的研究中已经证实存在大尺度运动，速度的自相关函数经常被用来揭示这些空间长度尺度。对于边界层速度的时间序列，本研究采用自回归移动平均（ARMA）时间序列模型来为脉动速度建立模型。结合平稳流动条件下自相关函数（二阶结构函数）的小尺度惯性区和对数区，ARMA方法自动发现两个特征尺度，其对应于对数区的上下界，以这两个特征尺度作为模型参数可以给出二阶结构函数的全局表达式。通过分析甘肃省民勤地区的青土湖观测列阵大气表面层数据，在含沙和不含沙流动中验证了提出的二阶结构函数的全局表达式。此研究通过ARMA模型建立了湍流边界层中大尺度和小尺度统计量的定量关系，提供了一个理解多尺度效应的新路径。