Безразличная стратификация в приземном слое наблюдается сравнительно редко. По времени суток она в основном совпадает с моментами перехода через нуль теплового баланса земной поверхности. На суше такая стратификация часто наблюдается при переходе через нуль радиационного баланса. Вообще для приземного слоя атмосферы наиболее характерной является стратификация неравновесная.[ ...]
Качественно этот процесс имеет простую физическую интерпретацию. При безразличной стратификации в приземном слое атмосферы в механизме обмена количеством движения по вертикали отсутствуют силы плавучести. Профиль скорости ветра формируется лишь в результате аэродинамического взаимодействия подстилающей поверхности и приземного слоя атмосферы. В этом случае в соответствии с идеями Тейлора, Шмидта, Прандтля и Кармана профиль скорости ветра определяется турбулентной диффузией количества движения. Положительные и отрицательные вертикальные скорости равновероятны, а путь смешения зависит лишь от расстояния до твердой стенки, каковой и является земная поверхность.[ ...]
В случае неустойчивой стратификации восходящие вертикальные токи, а следовательно, и перенос вверх меньшего количества движения возрастают вследствие того, что силы плавучести положительны, т.е. направлены вверх. Поэтому в отличие от равновесных условий скорость ветра с высотой возрастает медленнее.[ ...]
Стратификация: I — устойчивая; 2 — безразличная: 3 — неустойчивая.[ ...]
Поиск количественных характеристик турбулентной диффузии в приземном слое атмосферы, а также аналитическое представление скорости ветра как функции высоты, при неравновесной стратификации приземного слоя являются сложной проблемой. Над ее решением работали многие выдающиеся математики, гидродинамики и метеорологи. Среди них следует в первую очередь назвать Е. Дикона, А. М. Обухова, А. С. Монина, М. И. Будыко, Д. Л. Лайхтмана, С. С. Зили-тинкевича и еще многих других.[ ...]
Столь широкий фронт работ в данном направлении обусловлен необходимостью точного описания структуры приземного слоя атмосферы, потоков в нем тепла, влаги, количества движения, переноса различных веществ, например ингредиентов загрязнения атмосферы и т.п., а с другой — сложностью задачи, ее многогранностью. Поэтому многие исследователи получали решения вполне удовлетворительные для конкретных условий либо вертикальных градиентов температуры воздуха в приземном слое атмосферы, не превышающих определенные значения.[ ...]
Так, В. Свинбэнком и Г. Роллем предложены удачные аппроксимации профилей метеорологических величин и турбулентного обмена над морской поверхностью. Представление коэффициента турбулентности и вертикального профиля метеорологических величин в виде степенной функции высоты, предложенное Д. Л. Лайхтманом, оказалось во многих случаях удачным для суши. Степенной закон в схеме Д. Л. Лайхтмана при стремлении показателя степени к нулю вырождается в логарифмический. Таких примеров много.[ ...]
Наиболее обобщенно и полно процессы турбулентного режима в приземном слое атмосферы представлены в теории подобия и размерности, развитой А. М. Обуховым и А. С. Мониным.[ ...]
Масштабы длины Ь, и температуры Т, могут быть в зависимости от направления потока тепла Рп, т.е. стратификации атмосферы, положительными или отрицательными.[ ...]
Итак, в некотором тонком динамическом подслое I < Ь. профили скорости ветра и температуры описываются логарифмическими формулами, как и при безразличной стратификации, но при г > Ь. они, разумеется, отклоняются от логарифмических.[ ...]
Рисунки к данной главе:
| Схематические профили скорости ветра по Дж. Халтинеру и Ф. Мартину. |
 |