Reconstrucción de Coeficientes de Difusión y Exponentes de Potencia a partir de Trayectorias Lagrangianas Únicas
Autores: Ivanov, Leonid M.; Collins, Collins A.; Margolina, Tetyana
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Reconstrucción de Coeficientes de Difusión y Exponentes de Potencia a partir de Trayectorias Lagrangianas Únicas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Wavelets discretos
Coeficientes de difusión turbulenta
Trayectorias de partículas lagrangianas
Desplazamiento cuadrático medio
Flujo ergódico
Flujos no ergódicos
Licencia
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Citaciones: Sin citaciones
Utilizando wavelets discretos, se desarrolla una técnica novedosa para estimar coeficientes de difusión turbulenta y exponentes de potencia a partir de trayectorias de partículas lagrangianas individuales. La técnica difiere del enfoque clásico (la técnica de Davis (1991)) porque el promedio sobre un conjunto estadístico del desplazamiento cuadrático medio () es reemplazado por el promedio a lo largo de una única trayectoria lagrangiana X(t) = {X(t), Y(t)}. Metzler et al. (2014) han demostrado que para un flujo ergódico (por ejemplo, difusión normal), el desplazamiento cuadrático medio es = limTinfinitoX2(T,s), donde X2 (T, s) = 1/(T - s) integral0T-s(X(t+t) - X(t))2 dt, T y s son tiempos de observación y de retraso, pero para flujos débilmente no ergódicos (como super-difusión y sub-difusión) = limTinfinitoX2(T,s), donde es algún promedio adicional. Cálculos numéricos para drifters de superficie en el Mar Negro y flotadores RAFOS isobáricos desplegados a medias profundidades en el sistema de la Corriente de California demostraron que los coeficientes de difusión reconstruidos eran más pequeños que los calculados por la técnica de Davis (1991). Esta diferencia es causada por la elección de la media lagrangiana. La técnica propuesta aquí se aplica al análisis de movimientos lagrangianos en el Mar Negro (los coeficientes de difusión horizontal variaron de 105 a 106 cm2/s) y para la sub-difusión de dos flotadores RAFOS en el sistema de la Corriente de California donde los exponentes de potencia variaron de 0.65 a 0.72. Se encontró que los movimientos de los flotadores RAFOS eran fuertemente no ergódicos y no gaussianos.
Descripción
Utilizando wavelets discretos, se desarrolla una técnica novedosa para estimar coeficientes de difusión turbulenta y exponentes de potencia a partir de trayectorias de partículas lagrangianas individuales. La técnica difiere del enfoque clásico (la técnica de Davis (1991)) porque el promedio sobre un conjunto estadístico del desplazamiento cuadrático medio () es reemplazado por el promedio a lo largo de una única trayectoria lagrangiana X(t) = {X(t), Y(t)}. Metzler et al. (2014) han demostrado que para un flujo ergódico (por ejemplo, difusión normal), el desplazamiento cuadrático medio es = limTinfinitoX2(T,s), donde X2 (T, s) = 1/(T - s) integral0T-s(X(t+t) - X(t))2 dt, T y s son tiempos de observación y de retraso, pero para flujos débilmente no ergódicos (como super-difusión y sub-difusión) = limTinfinitoX2(T,s), donde es algún promedio adicional. Cálculos numéricos para drifters de superficie en el Mar Negro y flotadores RAFOS isobáricos desplegados a medias profundidades en el sistema de la Corriente de California demostraron que los coeficientes de difusión reconstruidos eran más pequeños que los calculados por la técnica de Davis (1991). Esta diferencia es causada por la elección de la media lagrangiana. La técnica propuesta aquí se aplica al análisis de movimientos lagrangianos en el Mar Negro (los coeficientes de difusión horizontal variaron de 105 a 106 cm2/s) y para la sub-difusión de dos flotadores RAFOS en el sistema de la Corriente de California donde los exponentes de potencia variaron de 0.65 a 0.72. Se encontró que los movimientos de los flotadores RAFOS eran fuertemente no ergódicos y no gaussianos.