Classic Monin–Obukov similarity scaling states that in a stationary, horizontally homogeneous flow, in the absence of subsidence, turbulence is dictated by the balance between shear production and buoyancy production/destruction, whose ratio is characterized by a single universal scaling parameter. An evident breakdown in scaling is observed though, through large scatter in traditional scaling relations for the horizontal velocity variances under unstable stratification, or more generally in complex flow conditions. This breakdown suggests the existence of processes other than local shear and buoyancy that modulate near-surface turbulence. Recent studies on the role of anisotropy in similarity scaling have shown that anisotropy, even if calculated locally, may encode the information about these missing processes. We therefore examine the possible processes that govern the degree of anisotropy in convective conditions. We first use the reduced turbulence-kinetic-energy budget to show that anisotropy in convective conditions cannot be uniquely described by a balance of buoyancy and shear production and dissipation, but that other terms in the budget play an important role. Subsequently, we identify a ratio of local time scales that acts as a proxy for the anisotropic state of convective turbulence. This ratio can be used to formulate a new non-dimensional group. Results show that building on this approach the role of anisotropy in scaling relations over complex terrain can be placed into a more generalized framework.

经典的 Monin-Obukov 相似性标度表明，在静止的、水平均匀的流动中，在没有沉降的情况下，湍流由剪切产生和浮力产生/破坏之间的平衡决定，其比率由单个通用标度参数表征。然而，通过在不稳定分层下或更一般地在复杂流动条件下水平速度变化的传统比例关系中的大分散，观察到比例的明显崩溃。这种分解表明除了局部剪切和浮力之外，还存在调节近地表湍流的过程。最近关于各向异性在相似性缩放中的作用的研究表明，即使在本地计算各向异性，也可能对有关这些缺失过程的信息进行编码。因此，我们研究了在对流条件下控制各向异性程度的可能过程。我们首先使用减少的湍流-动能预算来表明对流条件下的各向异性不能通过浮力和剪切产生和耗散的平衡来唯一描述，但预算中的其他术语起着重要作用。随后，我们确定了作为对流湍流各向异性状态代理的本地时间尺度的比率。该比率可用于制定新的无量纲组。结果表明，在这种方法的基础上，各向异性在复杂地形上的缩放关系中的作用可以放在一个更通用的框架中。我们首先使用减少的湍流-动能预算来表明对流条件下的各向异性不能通过浮力和剪切产生和耗散的平衡来唯一描述，但预算中的其他术语起着重要作用。随后，我们确定了作为对流湍流各向异性状态代理的本地时间尺度比率。该比率可用于制定新的无量纲组。结果表明，在这种方法的基础上，各向异性在复杂地形上的缩放关系中的作用可以放在一个更通用的框架中。我们首先使用减少的湍流-动能预算来表明对流条件下的各向异性不能通过浮力和剪切产生和耗散的平衡来唯一描述，但预算中的其他术语起着重要作用。随后，我们确定了作为对流湍流各向异性状态代理的本地时间尺度比率。该比率可用于制定新的无量纲组。结果表明，在这种方法的基础上，各向异性在复杂地形上的缩放关系中的作用可以放在一个更通用的框架中。我们确定了一个本地时间尺度的比率，作为对流湍流各向异性状态的代理。该比率可用于制定新的无量纲组。结果表明，在这种方法的基础上，各向异性在复杂地形上的缩放关系中的作用可以放在一个更通用的框架中。我们确定了一个本地时间尺度的比率，作为对流湍流各向异性状态的代理。该比率可用于制定新的无量纲组。结果表明，在这种方法的基础上，各向异性在复杂地形上的缩放关系中的作用可以放在一个更通用的框架中。