Секция 4. Проблемы экологии и естественных наук
УДК 520.16
А.Ю. Шиховцев, В.Е.Томин, А.В. Киселев, П.Г. Ковадло,
М.Ю. Шиховцев
ОБ ОСОБЕННОСТЯХ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ АТМОСФЕРНОЙ ВОЗМУЩЕННОСТИ В РАЗНЫХ СЛОЯХ
В работе рассматривается пространственное распределение одной из важнейших метеорологических характеристик – атмосферной возмущенности воздушного потока. Под атмосферной возмущенностью понимается отношение квадратного корня средней удельной энергии вертикальных сдвигов скорости ветра к средней скорости ветра. Оценка атмосферной возмущенности выполняется по сырым радиозондовым данным скорости ветра с шагом 10 сек (~50 м), измеренным на станции Братск за полный 2008 г. Полученные вертикальные профили атмосферной возмущенности могут быть использованы для верификации данных моделирования структуры воздушных течений на различных высотах в атмосфере.
Ключевые слова: Атмосферная возмущенность; высотный профиль; Slodar; верификация.
A.Yu. Shikhovtsev, A.V. Kiselev, P.G. Kovadlo, V.E. Tomin, M.Yu. Shikhovtsev
FEATURES OF ATMOSPHERIC DISTURBANCE DISTRIBUTION IN DIFFERENT LAYERS
The paper considers the spatial distribution of one of the most important meteorological characteristics – atmospheric disturbance of wind speed. The atmospheric disturbance is the ratio of the square root of the average specific energy of vertical wind speed shifts to the average wind speed. The estimation of atmospheric disturbance is performed using raw radiosonde data of wind speed with a step of 10 sec (~ 50 m) measured at Bratsk station for the full 2008. Obtained height profiles of atmospheric disturbances can be used to verify the simulation data of the structure of air flows at various heights in the atmosphere.
Keywords: atmospheric disturbance, height profile, Slodar, verification.
|
|
|
Трудностью в оценке турбулентных течений является их малый пространственный масштаб. Для решения этой проблемы существует ряд параметрических методов и способов, основанных на статистических и на гидродинамических представлениях, в первых используют корреляционные связи, во-вторых – коэффициент турбулентного обмена. В настоящей работе предлагается использовать слабоизменяющуюся в свободной атмосфере безразмерную величину атмосферной возмущенности. Как показывают результаты предварительных исследований в статистическом смысле энергия турбулентности согласовано изменяется со средней кинетической энергией воздушных течений на разных высотах [2]. В тоже время необходимо иметь ввиду, что пространственно-временная структура атмосферных течений может быть существенно различной над разными типами подстилающей поверхности [1].
В данной работе с целью сравнительного изучения энергетических особенностей турбулентности в свободной атмосфере и в атмосферном пограничном слое, пространственного распределения энергии мелкомасштабных турбулентных течений анализируются характеристики возмущенности атмосферных течений. Под этой характеристикой понимается отношение квадратного корня средней удельной энергии вертикальных сдвигов скорости ветра к средней скорости ветра, получаемые с высоким разрешением по вертикали ~ 50 м.
|
|
|
Для выявления особенностей в энергетической структуре атмосферных течений, в качестве исходной информации используются данные радиозондирования атмосферы ст. Братск за 2008 г. На рис.1 показан характерный вертикальный профиль удельной энергии вертикальных сдвигов скорости ветра (станция Братск), рассчитанный по данным двухразового радиозондирования с временным шагом 10 с.
Рис.1. Профиль удельной энергии вертикальных сдвигов скорости ветра, (м/c)2 , станция Братск, рассчитанный по данным с шагом ~ 50 м
Удельная энергия вертикальных сдвигов скорости ветра рассчитывалась согласно соотношению (1), как средний квадрат приращений скорости ветра (сдвиг ветра) между двумя точками, разнесенными по высоте на расстояние 50 м:
,
где V — скорость ветра, z — высота уровня, скобки <> обозначают усреднение по статистическому ансамблю состояний. По оси абсцисс отложена удельная энергия вертикальных сдвигов скорости ветра, по оси ординат — геопотенциальная высота. Полученные значения Е в (м/c)2 соответствуют удельной энергии вертикальных сдвигов скорости ветра:
|
|
|
Анализ рис. 1 показывает, что структура воздушных течений по высоте отличается высокой степенью неоднородности. А именно, на разных высотах в атмосфере одновременно существуют слои с высокой и низкой удельной энергией вертикальных сдвигов скорости ветра.
Выраженный по значениям удельной энергии вертикальных сдвигов скорости ветра атмосферный слой наблюдается на высотах ~ 11200 м. Наибольшие значения удельной энергии вертикальных сдвигов скорости ветра имеют место в атмосферном пограничном слое и составляют чуть более 1,6 (м/c)2. Рассчитанное значение 1,6 (м/c)2 характерное для атмосферного пограничного слоя превышает удельную энергию вертикальных сдвигов скорости ветра в слое на высотах ~ 11200 м приблизительно в 2 раза. В атмосферном пограничном слое наряду с процессами, вызывающими развитие атмосферной турбулентности в свободной атмосфере, проявляются дополнительные факторы, ответственные за воздействие на воздушный поток и основным из них является пересеченность рельефа. Повышенная интенсивность турбулентности, степень которой возрастает с увеличением скорости ветра, как правило, непосредственно наблюдается над вершинами и на подветренных склонах хребтов.
|
|
|
Представленные данные в части наличия слоев с повышенной атмосферной возмущенностью могут быть полезны как информационная основа при восстановлении вертикальных профилей оптической турбулентности с помощью Slodar метода, применяемого на крупных астрономических телескопах.
Благодарности. «Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-35-00033».
Список использованной литературы
1. Носов В.В. Когерентные структуры в турбулентной атмосфере. Эксперимент и теория / В.В. Носов, В.М. Григорьев, П.Г.Ковадло, В.П. Лукин, Е.В. Носов, А.В. Торгаев // Солнечно-земная физика. – 2009. – В.14. – С. 97 – 113.
2. Shikhovtsev A. Yu. Optical turbulence and different parameters of airflow / A.Yu. Shikhovtsev, P.G.Kovadlo // SPIE Proceedings 20th International Symposium on atmospheric and ocean optics: Atmospheric physics. – 2014. – V. 9292. – P.4.
Информация об авторах: Шиховцев Артем Юрьевич – научный сотрудник, Институт солнечно-земной физики СО РАН, г.Иркутск, email: Ashikhovtsev@iszf.irk.ru. Томин Виталий Евгеньевич – младший научный сотрудник, Институт солнечно-земной физики СО РАН, г.Иркутск, email: tomin@iszf.irk.ru. Киселев Александр Викторович – младший научный сотрудник, Институт солнечно-земной физики СО РАН, г.Иркутск, email: kiselev@iszf.irk.ru. Ковадло Павел Гаврилович – старший научный сотрудник, Институт солнечно-земной физики СО РАН, г.Иркутск, email: kovadlo2006 @rambler.ru. Шиховцев Максим Юрьевич – студент, географический факультет, Иркутский государственный университет, г.Иркутск, email: Shikhovtsev@rambler.ru.
Author: Shikhovtsev Artem Yurievich – researcher, Institute of solar-terrestrail physics SB RAS, Irkutsk, email: Ashikhovtsev@iszf.irk.ru. Tomin Vitalii Evgenevich – j. researcher, Institute of solar-terrestrail physics SB RAS, Irkutsk, email: tomin @iszf.irk.ru. Kiselev Alexander Victorovich – j. researcher, Institute of solar-terrestrail physics SB RAS, Irkutsk, email:kiselev@iszf.irk.ru. Kovadlo Pavel Gavrilovich – researcher, Institute of solar-terrestrail physics SB RAS, Irkutsk, email: kovadlo2006@rambler.ru. Shikhovtsev Maxim Yurievich – student, Geography faculty, Irkutsk State University, Irkutsk, email: Shikhovtsev@rambler.ru.
УДК 504.054:656(571.53)
С.А. Новикова
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 215; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!