湍流喷流的结构稳定性

流体中的湍流通常与相对较大空间和时间尺度的相干喷流共存。这些喷流可能是稳定的，以确定的周期波动，或是不规则的。基于相干喷流与湍流涡旋之间的相互作用，提出了一个涵盖该现象的综合理论。当足够多的统计独立涡旋场的实现参与组织喷流时，随着涡旋强迫等阶参数的增加，出现了简化的渐近动力学，从与稳定对称纬向喷流相关的稳定固定点，经过叉形分岔，发展到稳定的不对称喷流，随后通过霍普夫分岔达到与规律性波动喷流相关的稳定极限环，最终过渡到混沌。当在喷流的随机强迫中保留足够数量的集成成员时，这种基础的渐近动力学出现，但当保留少量的集成成员时，发现质的不同均值喷流动力学，正如许多物理系统所适用的那样。本文还介绍了该理论的示例应用，包括中纬度喷流波动模型、湍流流动中多喷流的出现和维持、暴风路径的快速重组模型，当经过辐射强迫的阈值时，以及准两年振荡的模型。由于讨论的统计耦合波-均值流系统通常是全球稳定的，该系统还构成了在湍流剪切流中不稳定喷流的平衡的综合理论基础。