该论文以实验观测为基础和重点,将数值模拟方法与实验相结合,对气流剪切作用下,无明显波动水流表面附近的湍流相干结构进行了较为系统的研究.文中通过实验建立起剪切水-气界面附近湍流结构的基本图象.结构表明,剪切是影响水-气界面下湍流相干结构的关键因素,当水面摩擦速度u<,τ>≥0.19cm/s时,与固壁湍流中的情形类似,在水-气界面下会出现高速/低速流体条带、间歇性的湍流猝发和各种涡结构等相干运动形式.此外,在剪切水面附近也观察到瞬时边界层厚度涨落、垂向涡结构等独特的现象.利用流动显示技术仔细观测了剪切水-气界面附近低速流体条带的特征和行为.低速条带平均展向间距随着水深的增加而增大,无量纲化平均值λ<+>相对无量纲水深y<+>的变化规律与界面剪切强度无关,但是λ<+>明显小于固壁湍流的相应结果.低速条带在空间和时间上呈现随机分布,条带展向间距的统计分布很好地符合对数正态规律.低速条带的合并和猝发,是导致条带数量减少,λ<+>随y<+>增大的重要原因.低速条带的某一部分迅速离开水面流区,侵入深层高速流动中并发和强烈破碎的喷射现象,是该结构的主要特征行为.该文定量地考察了喷射现象的基本特征,包括喷射频率、喷射流体的轨迹和速度分布等;发现水-气界面下低速条带的猝发过程一般包含多次离散的喷射,猝发和喷射事件的出现都具有很强的随机性;另有数据表明,条带喷射与水面湍流产生之间存在密切联系.根据从流动显示图像获得的瞬时流速剖面样本,分析了剪切水-气界面下湍流猝发事件的特性,得到明确的结论:(1)猝发过程中,水面近区的瞬时流动发生较大幅度的脉动,它们在时间和空间垂直方向上的高度相干性是猝发事件最显著的特征;(2)猝发(或低速条带喷射)是剪切水-气界面下湍流产生的主要过程.剪切水-气界面附近的湍流相干结构与固壁湍流有相当多相同或相似的特征;另一方面,同固壁湍流相比,水-气界面边界条件显著地改变了湍流结构的一些特征,但是,与主要现象相比这种差异是第二位的.由此可见,剪切是控制边界附近湍流相干结构的本质因素,而边界条件的影响是较为次要的.最后,通过简化模型考察了相干涡在剪切水-气界面附近产生的流动效应.从模型计算揭示的流动规律出发,该文讨论认为,剪切水-气界面湍流中的条带结构和猝发(或低速条带喷射)现象都是由相干涡运动在界面附近产生的流动效应.