Моделирование характеристик геофизических турбулентных полей, содержащих
когерентные структуры

Изучение характеристик турбулентных геофизических полей (ТГП) представляет интерес для ряда приложений, например, исследований тепло- и массо переноса в пограничном слое атмосферы, для анализа механизмов возбуждения и поддержания неоднородных течений, исследований формирования интенсивных крупномасштабных вихревых структур типа тайфунов, прогнозирования распространения пассивных примесей и развития кризисных природных явлений, обработки данных ДЗЗ и корректной физической интерпретации ее результатов. При исследовании характеристик ТГП широко используется анализ структурных функций (СФ) с определением таких характеристик как, статистическая стационарность, пе-ремежаемость, спектральные индексы, обобщенные размерности и др. Однако важно выявить и наличие когерентных структур (КС),
которые могут существенно влиять на динамику процессов. В работе проведено моделирование турбулизованных геофизических полей при наличии локализованных КС конечной амплитуды. Исходная модельная выборка взята в виде суперпозиции турбулентной составляющей со степенным спектром мощности флуктуаций и локализованных в пространстве среднемасштабных когерентных компонент с конечными амплитудами. Выполнен анализ структурных функций, определены области масштабов, в которых влияние КС существенно. Проведенный анализ показал, что присутствие локализованных когерентных структур модифицирует структурные функции геофизического поля,
на графиках СФ в log-log масштабе меняются средние наклоны кривых. Кроме того, на малых масштабах при наличии КС возрастает автокорреляционная функция сигнала. Вклад КС наиболее существенен на масштабах порядка типичного размера КС. С уменьшением спектрального индекса фоновых флуктуаций b (при неизменных прочих параметрах задачи) вклад КС в СФ несколько снижается. Различие между фоновой турбулентной обстановкой и случаем присутствия КС более очевидно при анализе относительных структурных функций Rym(n) = Sym(n) / Sy1(n) , Rzm(n) = Szm(n) / Sz1(n), где индексы y, z относятся соответственно к фоновой обстановке и к случаю присутствия в геофизическом поле когерентных структур.