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大气湍流的尺度谱
大气湍流有很宽的尺度谱。近地面层风速脉动的能谱函数充分显示了这一点，图中为涡旋频率，为时间，为能谱密度。 公认的大气湍流尺度（时间尺度从0.001～0.1小时），跨越了三个量级,如果把日变化（能量峰值在10小时附近）和天气系统的变化（能量峰值在 100小时附近）考虑在内，则谱区将更宽。
大气湍流扩散系数的数值和研究对象的尺度有关。例如，在考虑污染物随风飘移的扩散过程时，飘移的距离越，大尺度湍流的影响越大。从湍流扩散系数K和湍流尺度的关系中,可以看出K值随湍流尺度的变化从1.6×10米/秒增加到10米/秒，跨越了12个数量级。
大气湍流在三个方向（顺风、横风和铅直方向）的尺度和强度都不同，说明它是非各向同性的。在一般情况下，它的铅直分量比水平方向的两个分量都小。在大气边界层中，湍流主要受地面的状态限制。在晴空湍流区里，湍流区本身的铅直范围（几十米到几百米）总是小于水平范围（几公里到几十公里）。在对流云内， 情况可能不同， 一块发展旺盛的浓积云（见云）,铅直厚度往往超过它的水平范围,铅直脉动速度有时高达每秒几米，这方面仍缺乏系统观测的结果。大气湍流的非各向同性还表现在湍流扩散系数的数值上。从强稳定层结到不稳定层结，铅直湍流扩散系数的数值为2×10～10米/秒，横向湍流扩散系数则为 10～10米/秒。
何为大气湍流效应，大气湍流对光束的传播产生哪些影响
大气湍流: 激光束通过湍流大气传输时，由于湍流大气中折射率的随机不均匀分布，其强度、相位和传输方向会受到扰动而出现随机变化，变化情况与激光束宽w，和湍流尺度l的相对大小有关；当2w/l1时，湍流主要引起光束随机漂移；2w/l=1时，湍流使光束截面随机偏转，形成到达角起伏；当2w/l1时，光束截面内包含许多湍流漩涡，引起光束强度起伏、相位起伏和光束扩展。记在弱湍流下，折射率改变很小，但由于存在大量的不均匀元，以致在一定距离之外，积累效应就十分显著，包括光束漂移、光束扩展、到达角起伏、大气闪烁等。
大气湍流的能量谱
大气湍流涡旋能量谱可以分做大尺度的含能区和中小尺度的平衡区两个谱段，在平衡区内湍流从上一级涡旋得到的能量，等于往下一级传输的能量与分子粘性耗散能量之和。平衡区又可分做两个亚区：不考虑分子粘性耗散的惯性区和分子粘性耗散区。在一般情况下，涡旋能量总是由大尺度涡旋向小尺度涡旋方向传递的。在逐级传输的过程中，外部条件的影响逐渐衰退，逐渐失去大尺度涡旋各向异性的性质，而趋于小尺度涡旋各向同性的性质，所以在实际大气中，湍流基本上是局地各向同性的。湍流的局地各向同性可以根据量纲分析，用一些统计函数表示，例如科尔莫戈罗夫引进的湍流结构函数：[109-01]以平均风速的方向为轴方向， 为 方向两点的距离；为 方向的湍流速度,为 或 方向的湍流速度,方括号上的长横线代表统计平均。B()和B()分别为沿平均风速方向和垂直于平均风速方向的结构函数。科尔莫戈罗夫得到：惯性区（即分子粘性耗散可忽略的谱区）的湍流结构函数和距离的 2/3次方成正比。
大气边界层湍流区和晴空湍流区的观测结果，证实了大气湍流确是局地各向同性的。研究声波、光波和无线电波在湍流大气中的一些传播规律时，三分之二次方定律得到很好的证实。问题的核心是确定局地各向同性大气湍流的涡旋尺度上限。很多学者分析了近地面层观测资料之后，认为该尺度略低于湍流涡旋所在的空气层与地面间的距离。
大气湍流的简史
对湍流的研究已有近百年的历史，1839年，G.汉根在实验中首次观察到由层流到湍流的转变。1883年，O.雷诺又在圆管水流实验中找出了层流过渡到湍流的条件。在理论研究方面，1895年雷诺曾把瞬时风速分解为平均风速和叠加在上面的湍流脉动速度两部分，得到湍流运动方程组(雷诺方程)，提出湍流粘性力（雷诺应力）的概念。1925年，L.普朗特在这基础上提出了混合长度的概念，得出边界层内风速随高度变化的规律：在对数坐标中呈线性增长。在大气边界层中，此结果被许多实验所证实。1915年，G.I.泰勒提出了研究大气湍流微结构的统计理论。1920年，L.F.理查孙研究了大气温度分布对湍流的影响。1941年，A.H.科尔莫戈罗夫又提出了局地各向同性理论，以上这些理论，合理地解释了湍流中的微结构。
大气的湍流运动是怎么解释?
大气湍流是大气中的一种重要运动形式,它的存在使大气中的动量、热量、水气和污染物的垂直和水平交换作用明显增强,远大于分子运动的交换强度.大气湍流的存在同时对光波、声波和电磁波在大气中的传播产生一定的干扰作用.
流体的运动主要分为层流和湍流,层流属于规则运动,湍流则属于不规则运动.大气湍流是大气中一种不规则的随机运动,湍流每一点上的压强、速度、温度等物理特性等随机涨落.大气湍流 大气湍流
最常发生的3个区域是：大气底层的边界层内,对流云的云体内部,大气对流层上部的西风急流区内.大气湍流的发生需具备一定的动力学和热力学条件：其动力学条件是空气层中具有明显的风速切变；热力学条件是空气层必须具有一定的不稳定性,其中最有利的条件是上层空气温度低于下层的对流条件.大气湍流运动是由各种尺度的旋涡连续分布叠加而成,旋涡尺度大的可达数百米,最小尺度约为1毫米.即使最小的旋涡尺度也比分子大得多,因此湍流运动与分子的无规则运动很有大区别.大气湍流运动中伴随着能量、动量、物质的传递和交换,传递速度远远大于层流,因此湍流中的扩散、剪切应力和能量传递也大得多.所以,大气湍流对飞行器的飞行性能、结构载荷、飞行安全的影响很大.飞机在大气湍流中飞行时会产生颠簸,影响乘员的舒适程度,还会造成飞机的疲劳损伤.因湍流引发的飞行事故时有发生,但通过现代技术可以有效避开强湍流或尽量降低危害程度.飞行人员应积极利用气象预报等资料,避开湍流航线；旅客要养成全程系好安全带的习惯.在大气运动过程中,在其平均风速和风向上叠加的各种尺度的无规则涨落.这种现象同时在温度、湿度以及其他要素上表现出来.
大气污染扩散的气象因素
大气扩散是指气体在高空中借大气湍流和分子运动，重力沉降几乎可以忽略，在大气中进行区域迁移的过程。如果空气中含有有害物质，可能在大气扩散的过程中讲有害物质稀释到容许浓度以下，也可能随着大气扩散而蔓延。
影响大气扩散的气象因子有：风向、风速、气温、大气温定、逆温层等；
（1）风向：大气污染物是往下风向扩散的，因此盛行风向决定了大气污染物影响的区域；
（2）风速：风速的大小主要影响污染物在下风向的输送以及大气的湍流强度；显然，风速越大，则污染物的输送速度越快，大气湍流越强，越有利于大气污染的扩散。
（3）气温：环境气温直接影响高架点源烟流的抬升高度，影响有效源高。
（4）大气稳定：大气稳定程度决定了大气的垂直运动，直接影响着大气污染物在垂直方向的扩散。当大气稳定度属于不稳定类时，空气容易发生垂直运动，有利于大气污染物在垂直的扩散。
（5）逆温层：逆温层的存在将阻碍大气的垂直运动，对大气污染物扩散不利，特别是对低矮面源的扩散影响更大。
（6）天气：当某地区为低压中心控制时，空气作上升运动，云天较多，通常大气呈中性状态或不稳定状态，有利于污染物扩散稀释；当某地区为高压中心控制时，空气作下沉运动，并常形成下沉逆温，不利于污染物向上扩散。如果高压移动缓慢，长期停留在某一地区，那么，污染物就会长期得不到扩散。尤其是天气晴朗时，夜间容易形成辐射逆温，对污染物的扩散更不利，此时易出现污染危害。
