Reinterpreting aircraft measurements in anisotropic scaling turbulence
Notice bibliographique
Résumé
Abstract. Due to unavoidable vertical fluctuations, the interpretation of atmospheric aircraft measurements requires a theory of turbulence. Until now virtually all the relevant theories have been isotropic. However almost all the available data on the vertical structure shows that it is scaling but with exponents different from the horizontal: the turbulence is anisotropic not isotropic. In this paper, we show how this can lead to spurious breaks in the scaling and to the spurious appearance of the vertical scaling exponent at large horizontal lags. We demonstrate this using 16 legs of Gulfstream 4 tropospheric data following isobars each between 500 and 3200 km in length. First we show that the horizontal spectra of the aircraft altitude are nearly k−5/3 (although smoothed by aircraft intertia at scales <3 km). In addition, we show that the altitude and pressure fluctuations along these fractal trajectories have a high degree of coherence with the measured wind (especially with its longitudinal component). There is also a strong phase relation between the altitude, pressure and wind fluctuations with all of these effects occurring over the entire range of scales so that the trajectories influence the wind measurements over large ranges of scale. In comparison, the temperature and humidity have no apparent scale breaks and the corresponding coherencies and phases are low reinforcing the hypothesis that it is the aircraft trajectory that is causally linked to the scale breaks in the wind measurements. Using spectra and structure functions we then estimate the small and large scale exponents finding that they are close to the Kolmogorov values (5/3, 1/3) and the vertical values (2.4, 0.73) respectively (for the spectral and real space scaling exponents (β, H)) the latter are close to those estimated by drop sondes (2.4, 0.75) in the vertical direction. In addition, for each leg we estimate the energy flux, the sphero-scale and the critical transition scale. The latter varies quite widely from scales of kilometers to greater than several hundred kilometers. We theoretically explain this behaviour by considering the absolute slopes (|Δz/Δx|) of the aircraft as a function of lag Δx and scale invariant lag Δx/Δz1/Hz. Finally, we revisit four earlier aircraft campaigns including GASP and MOZAIC showing that they can be very easily explained by the proposed combination of altitude/wind and anisotropic but scaling turbulence.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
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Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 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.
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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 tête enseignante, 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 ».