湍流的基本特征及其优化控制方案

通过快速响应和高灵敏度的仪器进行测量，如超声波风速仪、白金丝温度仪和拉曼湿度计，可以测量大气风速、温度和湿度随时间的快速变化，这种变化是由于湍流造成的。气流在三维空间内随空间位置和时间有不规则的涨落，表现出一种随机变量的特性。

湍流的基本特征可以归纳如下^[81]:

（1)随机性:湍流是非规则的、混乱的和不可预测的。虽然湍流具有准随机特征，但仍然可以用统计学进行描述，这点至关重要。

（2)非线性:湍流是高度非线性的。当湍流达到某一特定状态，例如雷诺数或理查德森（Richardson)数超过某临界值，流动中的小扰动就会自发地增长，并很快达到一定的扰动幅度。

（3)扩散性:湍流会引起动量、热量及流动中的其他物质快速扩散。(www.xing528.com)

（4)涡旋性:利用湍流的可视化，例如，将基地颜料注入湍流运动的水中，表明湍流结构可设想成无数大小不同的湍涡组成，它们分类、合并、拉长和旋转。最大的湍涡可达到整个湍流层的宽度，小的可到毫米数量级。它们相互叠加在一起，构成湍流的涡旋结构。

（5)耗散性:湍流的能量是由大湍涡向小湍涡传递，最后通过分子粘性耗散成为热能。

大气湍流的尺度范围是很广的，从几毫米直到几公里，而且产生和维持大气湍流的能量来源也有多种形式，包括大气运动和浮力提供能量，水的相变、雷电以及光化学和化学反应都能影响湍流的发展。

和大气湍流密切关联的污染物的扩散。释放入大气边界层中的污染物，受到平均流场和各种尺度湍涡的影响，在大气中迁移扩散。