基于Taylor(1921)提出的湍流扩散理论，可计算不同时间尺度的湍流扩散系数，可给出湍流扩散系数随时间尺度的变化关系。海域湍流扩散系数不能用一常量来描述，它是随时间尺度而变化的量。可通过相关公式来计算海域湍流扩散系数和云系湍流扩散系数。

湍流扩散系数的概念，源自于Fick的分子扩散理论。利用与分子扩散系数相似的表达式来定义湍流扩散系数，其表达式为：

式中Kx为湍流扩散系数，c为时均浓度；μ‘、c'分别为流速和浓度的脉动值。

根据这个概念，Taylor于1921年提出了利用定点连续测流资料，计算湍流扩散系数的公式的表达式为：

式中μL'、VL‘分别为x方向和y方向的拉格朗日湍流速度分量；RLx、RLy分别为x、y方向拉格朗日湍流的自相关函数。

假定拉格朗日流与欧拉流的统计性质相似，并且，改变一定的时间长度，拉格朗日湍流自相关函数与欧拉湍流自相关函数相等。基于这个假定，便可完成欧拉流同拉格朗日流的转换，即：

式中μE'、VE‘分别为x、y方向欧拉湍流的速度分量；RE为欧拉自相关函数；β为一参数。

由式(4)可得

将式(3)、(5)代入式(2)中有

比例参数β的值在这里取为1.0。欧拉湍流自相关函数由下式计算:

海域湍流扩散系数可以根据现场的瞬时点源扩散实验、连续点源扩散实验、浮标群扩散实验来确定，也可以利用定点连续卖测海流资料来推算。前三种方法比较直观地显示了污染物在海域中扩散的实际情况，但在实际应用中，实施起来比较困难，花费较大。利用定点连续实测资料，进行扩散系数推算，则比较简单易行，应用比较普遍。

对特定海区，湍流扩散系数不是一个绝对常量，而是一个相对于时间尺度而变化的量。在实际应用中，要根据不同的研究对象的尺度来选取湍流扩散系数。对于时空尺度变化不大的研究对象，可以取湍流扩散系数为常数；而对于时空尺度变化较大的研究对象，则需考虑扩散系数相对于时空尺度的变化关系。

理论上研究湍流扩散的是半经验混合长输送理论和统计理论。在半经验混合长理论中，湍流场中平均浓度C满足方程：

式中K为湍流扩散系数。在近地层中，有比较成熟的K理论，但应用于整个对流层中，利用常规气象资料计算K的公式还不多见。

是表征大气垂直稳定度的量，它综合考虑了大气热力和动力因子。利用Ri计算公式中的各种物理量，可确定计算湍流扩散系数的公式为：

式(1)中，u为风速，U为平均风速的垂直梯度，单位ms-1km-1，Vm=6.5℃km-1是湿绝热温度递减率，V为温度递减率，以℃km-1表示，T为绝对温度，g为重力加速度。式(1)适应于有云大气，对于无云大气，Vm变换为干绝热温度递减率Vd，Vd=9.8℃km-1。