Экология СПРАВОЧНИК

В реальной атмосфере скорость жидкости U и частота плавучести N не постоянны, а изменяются с высотой. Эти изменения могут оказывать значительное влияние на распространение волн. Об этом уже говорилось в разд. 6.9 в случае, когда скорость U была постоянной, а частота N изменялась и вращение отсутствовало. В частности, волны с некоторыми определенными значениями k могут отражаться таким образом, что при этом они усиливают друг друга и, следовательно, движения соответствующих масштабов оказываются преобладающими. Более того, если сверху находится область, где распространение волн невозможно (т. е. область, в которой значение т2 отрицательно), то волны могут задерживаться вблизи земли. Для интервала, в котором вращение несущественно, это может происходить только тогда, когда горизонтальный масштаб имеет порядок U/N, т. е. находится в интервале негидростатичности.[ ...]

Правая часть задается соотношением (8.7.14). В силу того что горизонтальная составляющая к волнового вектора должна быть на луче постоянной, я и я N изменяются в зависимости от 2 указанным образом, уравнение (8.9.10) можно проинтегрировать и получить траектории лучей.[ ...]

В разд. 6.9 было показано, что если можно воспользоваться гидростатическим приближением ( <С N/1)), то при строго положительной частоте плавучести т нигде не может обращаться в нуль (для постоянных Ь и N т равно N/1)). В силу этого полное отражение волн оказывается невозможным. Кроме того, было, однако, показано, что в точках разрыва N может происходить частичное отражение, в результате которого после второго отражения от земли первоначальная волна может усилиться, что приведет к значительному увеличению амплитуды отклика. В модели с медленно меняющимися значениями (] и N такой эффект не возникает, так как групповая скорость в ней в гидростатическом приближении всегда направлена вертикально вверх и лучи не могут поэтому отклониться вниз. Отсюда можно вывести, что отражение возможно только тогда, когда N в какой-либо зоне потока или V изменяются на масштабе т-1 достаточно быстро. Эффект отражения приводит к усилению отклика только тогда, когда область быстрого изменения параметров располагается на подходящей высоте над обтекаемым рельефом. Так, например, в Случае, который показан на рис. 6.11, значительный отклик при малых волновых числах происходит только тогда, когда обратное число Фруда Ы Н/и (где Ы есть частота плавучести в нижнем слое высоты Я) близко к я/2, умноженному на нечетное целое число. Процесс усиления волн, обусловленный частичным отражением, вероятно, являлся важным фактором возникновения необычных волн, наблюдавшихся в окрестности Боулдера в штате Колорадо 11 января 1972 г. В [406] на основе трехслойной модели наблюдаемой ситуации проведен линейный анализ этого явления. В этом случае максимальный отклик был получен тогда, когда толщина каждого из двух нижележащих слоев была равна четверти длины волны. Нижний слой отличался высокой устойчивостью и имел толщину около 2 км. Второй слой был слабо устойчивым и имел толщину около 6 км (т. е. значение т было меньшим, составляя е « 0,3 от предыдущего). В третьем слое, представляющем стратосферу, вертикальное волновое число было всего лишь на 20 % больше, чем во втором слое, т. е. ситуация сильно напоминала рассмотренную в разд. 6.9.4.[ ...]

Боинг-707 показывал вертикальные ускорения в интервале от —1,1£ до - -2,7 g при нормальном значении +1,0 . Была также зарегистрирована и подвергнута анализу мощная турбулентность, которая возникла из-за большого градиента скорости. Другую опасность, вызываемую волнами, представляет сильный приземный ветер, который в области за вершиной горы может достигать разрушительной силы. Анемометр в Боулдере (см.[ ...]

Детальное исследование поведения волн в окрестности такого уровня было предпринято в работе [382], развивавшей раннее исследование [77], в котором учитывалось вращение. Вблизи так называемого критического уровня г — гс становятся важным диссипативные эффекты. Это связано с тем, что время, необходимое для того, чтобы энергия, переносимая вдоль луча с групповой скоростью, достигла критического уровня, бесконечно. Поэтому даже эффекты типа ньютоновской теплоотдачи (см. разд. 8.11), которые не зависят от масштаба, имеют достаточно времени, чтобы проявиться. Влияние вязкости может оказаться даже более эффективным в силу того, что интенсивность затухания возмущений под ее влиянием возрастает при уменьшении масштаба. Аналогичные эффекты могут иметь место и в отсутствие критического уровня при условии, что скорость и падает до значения, достаточно близкого к ¡¡к, чтобы диссипативные эффекты стали существенными и, следовательно, энергия волн могла поглощаться.[ ...]

Наличие диссипации волн также означает, что поток импульса вверх должен уменьшаться. Таким образом, определенны® уровни должны получать дополнительный импульс, что эквивалентно действию на осредненный поток на этих уровнях некоторой объемной силы. Другими словами, за счет осредненного напряжения, создаваемого волнами, импульс переносится с поверхности на удаленный от нее уровень. На уровнях, к которым происходит перенос импульса, волновая скорость совпадает со скоростью потока. В случае топографических волн, которые имеют нулевую фазовую скорость, критический уровень совпадает с высотой, где скорость потока равна нулю. Схематическая картина траекторий лучей для случая, когда происходит поглощение энергии, представлена на рис. 8.12,6.[ ...]

Рисунки к данной главе:

Обтекание воздуха горы колоколообразной формы шириной L «=» 1 км в случае, когда структура ветра и температуры носит характер, представленный в левой части. Обтекание носит такой же характер, какой был получен в [713] и был позднее уточнен в [268]. Вертикальная структура такова, что она заметно выделяет волны с горизонтальной длиной волны в 5,5 км, и регулярные следы этих волн можно наблюдать с подветренной стороны горы.

Результаты наблюдений (а) потенциальной температуры (по шкале Кельвина) и (б) скорости в метрах в секунду в разрезе поперек Колорадских Скал 11 января 1972. Штриховые линии изображают следы самолета с периодами существенной турбулентности, изображенных знаком плюс. Жирная штриховая линия разделяет наблюдения, произведенные с разницей в несколько часов, и вполне возможно, что в данном случае верхнее понижение контуров потенциальной температуры имело место в точности над нижним понижением [4-59].

Вернуться к оглавлению