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我们通过建立物理模型来对湍流进行详细的描述，例如,粘性流体具有层流和湍流两种不同的状态，例如，如果流体以大小为 的速度流过一个半径为 的通道，我们可以利用带有颜色的染料对它来进行观察，当流体以低速流过时，燃料刻画出的曲线光滑而清晰，这说明流体正处于层流状态。然后不断地加快液体流动速度，当流速加快到某一数值后，流线就不再光滑，整个流体开始做不规则的随机运动，此时的运动状态就叫做湍流。
Reynolds（雷诺）在1883年第一次对湍流进行了系统研究。他利用相似性原理证明了，如果无量纲数
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小于某一临界值 ，此时的流体处于层流状态；反之，当 超过 后，流体的就进入了湍流状态。其中 和 分别表示流体的特征速度和特征尺度，例如在上述的流体在通道内进行流动的模型中它们分别表示平均流速和通道的直径，而 是流体的运动粘滞度，数 是雷诺数， 是临界雷诺数。需要知道的是，临界雷诺数与普通的常数不同，它的数值和结构的几何形状与湍流产生的方式有关，雷诺数具有一定的物理意义，它表示的是湍流具有的动能和耗散能二者之比。雷诺数是无量纲数，它是流体动力学性质的标志。流体之间，不管它们的流动形式是否不同，不管它们是否是不同的流体，如果它们雷诺数相同，它们都是动力相似的。来.自/751·论|文-网·www.751com.cn/
在湍流大气中，折射率的起伏没有规律，是随机的。一般情况下，我们无法对此类变化提前做出准确的预测;而就算我们己知提前了解这些变化，也无法描述出所有时间点、所有空间位置点的折射率。因此，想要准确描述出湍流介质，必须用统计的方法。
为了对局地均匀各向同性湍流的统计结构进行研究，科尔莫戈罗夫引入了结构函数, 并且使用量纲分析的理论方法证明了: 在湍流惯性区域内，两点间的结构常数与该两点的位置和相对的方向没有任何关系，只和这两点之间的距离的2/ 3 次方有关, 这就是后来十分有名的“2/3次方定律”。科尔莫戈罗夫是在速度的基础上推导出这一理论的, 但是在小尺度的情况下，温度的起伏或折射率的起伏依旧可以认为是满足局地均匀各向同性的假定和结构函数的“2/3次方定律”的。大气速度、温度、折射率的统计特性服从“2/3次方定律”