
【化】 helicity
snail; spiral shell; whorl
【电】 curl
在汉英词典视角下,“螺旋度”(Helicity)是一个跨学科的专业术语,其核心含义可概括为:
螺旋度(Helicity)指流体运动中涡度((vec{omega}))与速度((vec{v}))的点积在空间上的积分,数学表达为: $$ H = int vec{v} cdot vec{omega}dV $$ 该物理量用于量化流体旋转与平移运动的耦合程度,高螺旋度常预示强对流天气系统的潜在强度 。
气象学领域
反映风暴系统中旋转气流与上升/下沉运动的协同作用。例如,风暴相对螺旋度(Storm-Relative Helicity, SRH)是预测超级单体雷暴和龙卷风的关键参数,计算方式为: $$ text{SRH} = int_0^h (vec{v} - vec{c}) cdot ( abla times vec{v})dz $$ 其中 (vec{c}) 为风暴移动矢量(美国气象学会,2023)。
流体力学领域
描述流体微元的螺旋运动拓扑特性。在湍流研究中,螺旋度守恒律((dH/dt = 0))是理想流体的重要不变量,与能量串级过程密切相关(剑桥大学出版社,流体动力学导论)。
美国气象学会术语库
Glossary of Meteorology: Helicity
明确定义气象场景中的螺旋度参数及计算方法。
NASA地球观测实验室
Severe Weather Primer: Helicity
图解风暴螺旋度与龙卷风形成的关联机制。
《流体力学年鉴》期刊
Moffatt, H.K. (1969). "The degree of knottedness of tangled vortex lines"
奠基性论文阐明螺旋度的拓扑意义(Vol. 1, pp. 443-478)。
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螺旋度是流体力学和大气科学中的重要概念,主要用于描述流体或气体在运动中旋转与沿旋转轴方向运动的耦合特性。以下是其核心要点:
螺旋度通常定义为速度矢量与涡度矢量的点乘在空间区域的积分,数学表达式为: $$ H = int_V mathbf{V} cdot ( abla times mathbf{V}) , dV $$ 其中,$mathbf{V}$为速度场,$ abla times mathbf{V}$为涡度(速度的旋度)。局部螺旋度无需积分,直接计算$mathbf{V} cdot ( abla times mathbf{V})$即可。
螺旋度与涡度的区别在于,涡度仅表征旋转强度,而螺旋度进一步包含旋转方向与平流方向的一致性。这种特性使其成为分析复杂流体运动(如湍流、风暴)的关键参数。
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