Моделирование влияния когерентных структур и перемежаемости на характеристики структурных функций атмосферной турбулентности

На основе упрощенной аналитической модели одномерной турбулентности со степенным спектром флуктуаций, имеющих случайные фазы, с добавлением в выборку когерентных структур и перемежаемости проведены численные расчеты влияния когерентных структур и перемежаемости на характеристики структурных функций (СФ) атмосферной турбулентности Sm(L), определяемых по стандартным формулам, где m порядок структурной функции, L разница в положении двух слоев. Учет локализованных в пространстве когерентных структур (КС) и перемежаемости проведен в данной работе с помощью введения в поле турбулентности определенных функций с рядом исходных параметров, которые определяют амплитуды КС, их толщину, пространственные профили КС, распределение КС по длине выборки, а перемежаемость в данном подходе описывается множителями, задающими вариации уровня турбулентности (в пределах, например, 10-60 %) и распределение этих вариаций по длине исследуемой выборки, характерные размеры вариаций по толщине. На основе выполненных 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 весьма значительными. Данный модельный подход позволяет дать аргументированное обьяснение возникновения особенностей структурных функций, наблюдаемых при обработке экспериментальных данных, в частности, имеющихся в литературе данных по вертикальным профилям электрического поля в грозовой облачности. Ранее проведенные исследования турбулентности в атмосфере и ионосфере показали, что экспериментальные данные часто демонстрируют существенную неоднородность распределения атмосферной и ионосферной турбулентностей в пространстве. Поэтому развиваемый в работе подход позволяет дать вполне корректную интерпретацию возникающих при этом особенностей в характеристиках структурных функций, их скейлингах, в зависимости структурных функций от параметров когерентных структур и перемежаемости. Представляет интерес в последующих исследованиях рассмотреть возможность анализа с определением параметров когерентных структур и перемежаемости при обработке экспериментальных данных по неоднородной турбулентности. В целях дальнейшего развития представленной в докладе 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 значительно усложнит необходимые расчеты и обьем, требующийся для адекватного исследования роли эффекты когерентных структур и перемежаемости.