Scaling turbulent atmospheric stratification. III: Space–time stratification of passive scalars from lidar data
Notice bibliographique
Résumé
Abstract In this third and final part of the series, we concentrate on the temporal behaviour of atmospheric passive scalars. We first recall that—although the full (x, y, z, t) turbulent processes respect an anisotropic scale invariance—that due to advection—the generator will generally not be a diagonal matrix. This implies that the scaling of (1‐D) temporal series will generally involve three exponents in real space: 1/3, 1/2, 3/5, for spectra βτ = 5/3, 2, 11/5, with the first and last corresponding to domination by advection (horizontal and vertical respectively), and the second to pure temporal development (no advection). We survey the literature and find that almost all the empirical βτ values are indeed in the range 5/3 to 2. We then use meteorological analyses to argue that, although pure temporal development is unlikely to be dominant for time‐scales less than the eddy turnover time of the largest structures (about 2 weeks), an intermittent vertical velocity could quite easily explain the occasionally observed βτ ≈ 2 spectra. We then use state‐of‐the‐art vertically pointing lidar data of backscatter ratios from both aerosols and cirrus clouds yielding several (z, t) vertical space–time cross‐sections with resolution of 3.75 m in the vertical, 0.5–30 s in time and spanning 3–4 orders of magnitude in temporal scale. We first test the predictions of the anisotropic, multifractal extension of the Corrsin‐Obukhov law in the vertical and in time, separately finding that the cirrus and aerosol backscatters both followed the theoretical (anisotropic) scalings accurately; three of the six cases show dominance by the horizontal wind, the others by the vertical wind. In order to test the theory in arbitrary directions in this (z, t) space, and in order to get more complete information about the underlying physical scale, we develop and apply a new Anisotropic Scaling Analysis Technique (ASAT) which is based on a nonlinear space–time coordinate transformation. This transforms the original differential scaling into standard self‐similar scaling; there remains only a ‘trivial’ anisotropy. This method is used in real space on 2‐D structure functions. It is applied to both the new (z, t) data as well as the (x, z) data discussed in part II. Using ASAT, we verify the theory to within about 10% over more than three orders of magnitude of space–time scales in arbitrary directions in (x, z) and (z, t) spaces. By considering the high‐ (and low‐) order structure functions, we verify the theory for both weak and strong structures; as predicted, their average anisotropies are apparently the same. Putting together the results for (x, z) and (z, t), and assuming that there is no overall stratification in the horizontal (x, y) plane, we find that the overall (x, y, z, t) space is found to have an effective ‘elliptical dimension’ characterizing the overall space–time stratification equal to Deff, st = 3.21 ± 0.05. Copyright © 2008 Royal Meteorological Society
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».