小波分析揭示近地面湍流相干结构的周期性和尺度分布

本文主要探讨了小波分析在近地面湍流相干结构研究中的应用。作者首先介绍了研究背景，即通过频域小波分析方法来深入理解大气湍流的复杂特性，特别是在风速脉动数据的处理上。墨西哥帽小波函数被选用来进行分析，因其能有效捕捉信号的局部特征和频率变化。 在研究过程中，作者遵循能量极大值原则来识别湍流相干结构的主尺度。这种方法通过寻找数据中能量集中的区域，确定了那些对信号整体运动起主导作用的尺度。通过重构公式，作者能够从原始风速脉动数据中提取出这些相干结构的精确波形。重构后的波形显示出准周期性的运动模式，揭示了原始信号中某特定中间尺度的动态行为，其波形变化趋势与原始数据高度吻合。 小波系数的时间与尺度图是研究的核心工具，它清晰地展示了湍流多尺度性和间歇性特征。这种图谱反映了湍流相干结构随时间和尺度的变化过程，有助于揭示湍流的动态演化规律。通过对分析时段内风速相干结构主尺度的统计分析，研究发现这些尺度呈现正态分布，这进一步证实了湍流的统计特性。 本文的贡献在于将小波分析方法成功应用于近地面湍流的研究，不仅提供了识别和理解湍流结构的新视角，还为湍流预测和数值模拟提供了有价值的理论支持。这一工作对于大气物理学、气象学以及相关的工程领域具有重要意义，有助于提升我们对大气湍流现象的理解和控制能力。