中文摘要：

湍流能量级串是大气湍流基础研究中的关键问题之一，在不同时空尺度范围和不同层次结构上集中研究湍能的级串过程和高阶矩的严格表示式，从而可以从大尺度速度脉动定量地预测任何小尺度的速度脉动，这也是当前国际上湍流学科领域中的热点课题。对资料进行分析的结果，我们已经提出一种新的湍流级串模式，体现了湍能的同步级串特性。它是湍流层次结构和多尺度特性的本质体现，不仅显示了湍流的能量级串是分形的、间歇的和不均匀的；而且也显示了能量级串的同步化特性。(J.G.R.-108,2003) 本项目将采用Boltzmann格子气模型对湍能同步级串模式进行全面的数值模拟，验证其合理性和进行深入研究。

结论摘要：

湍流能量级串是大气湍流基础研究中的关键问题之一，在不同时空尺度范围和不同层次结构上集中研究湍能的级串过程和高阶矩的严格表示式，从而可以从大尺度速度脉动定量地预测任何小尺度的速度脉动，这也是当前国际上湍流学科领域中的热点课题。我们已经提出一种新的湍流级串模式，体现了湍能的同步级串特性。根据同步级串模式分析显示，湍流流动对初始状态具有高度敏感的特性，同时推导出湍流的速度结构函数和能量耗散的高阶标度关系。利用100Hz的超声风速仪以及10Hz的超声风速仪在垂直与水平方向布点测量湍流脉动速度等信号，并租用50kHz的热线风速仪进行风洞信号测量，通过以上实验数据的分析表明，湍流的级串不是绝对逐级有序展开，也不是绝对同步进行展开，而是在不同流场环境下流动结构具有不同的级串模式。由此，本项目在更加广泛的意义下研究了能量级串模式，将能量级串的实际图案而不是标度律作为关键问题。随后，通过格子气模型案进行了一系列的数值实验，模拟不同流场环境下流动结构可能具有的级串模式，包括均匀湍流（周期边界条件下）的级串过程、受扰动后的衰减湍流、剪切流动的演化等，验证了多种级传形式并存的现象。