中文摘要：

风向昼夜变化显著的山谷风的物理模型可简化为沉浸于热分层流体（大气）中加热或冷却倾斜板壁所引起的边界层流。以往的研究认为这类边界层流存在两种不稳定性横波（TS波）和流向驻涡。我们通过系统研究发现了一种新的不稳定性:斜涡不稳定性。除了倾角接近于零的情况，对于小Prandtl数流体（Pr<=1)这种斜涡模态均比流向驻涡更不稳定。特别地，在适当的倾角和Prandtl数范围内，该三维斜涡模态可比二维TS波更不稳定。这一看似违反Squire定理的结果是由于控制方程中的浮力项造成的。在定壁温的条件下，斜涡模态的临界频率比TS波的频率更低，且在大倾角时同重力内波频率重合，反映了斜涡模态同重力内波的某种内在关联。我们对该类边界层的三种不稳定模态进行了直接数值模拟，数值验证了他们的临界特性并研究了其时空演化过程。对恒热流边界条件的分析发现斜涡模态对转捩初期的影响比定壁温时更大，在一定倾角条件下还会出现第二个斜涡模态。相对于TS波，数值与实验研究还发现斜涡会加快边界层的湍流化过程。这些研究结果丰富了我们对山谷风这类热边界层流转捩机制的认识，为工程应用提供了理论基础。