Выше приземного, в пределах пограничного слоя атмосферы, модуль скорости ветра и его направление определяются совместным действием сил тяжести, барического градиента, турбулентного трения и отклоняющей силы вращения Земли. Рассмотрим этот вопрос более подробно.[ ...]
Для решения этой системы примем в качестве граничных условий, что скорость ветра с у земной поверхности равна нулю, ее компоненты и,=0 = у.=0 = 0 ; на бесконечно большом удалении от земной поверхности ветер становится геострофическим; движение горизонтальное, и» = 0.[ ...]
Здесь ф — географическая широта.[ ...]
Это значит, что при сделанных ранее допущениях скорость ветра у земной поверхности отклоняется от изобары (оси х) на 45° в сторону низкого давления влево в северном полушарии. С ростом высоты этот угол уменьшается — вектор скорости ветра приближается к изобаре, поворачивая в северном полушарии вправо. Годограф изменения модуля и направления скорости ветра с высотой, известный как спираль Экмана, приведен ранее на рис. 5.4.[ ...]
Отсюда следует, что толщина планетарного пограничного слоя возрастает пропорционально квадратному корню из значений коэффициента турбулентности и обратно пропорционально квадратному корню из параметра Кориолиса. Это значит, что при тех же значениях коэффициента турбулентности пограничный слой в низких широтах будет распространяться до больших высот, нежели в умеренных и высоких широтах вследствие меньших значений там параметра Кориолиса. На одной и той же широте планетарный пограничный слой будет иметь большую толщину при больших скоростях ветра и неустойчивой стратификации атмосферы.[ ...]
Рассмотренная упрощенная теоретическая схема хорошо в качественном отношении объясняет физический смысл изменения скорости и направления ветра в планетарном пограничном слое. Количественные характеристики, получаемые из фактических наблюдений, заметно расходятся с теоретическими. В табл. 5.2 мы видим, что у земной поверхности угол отклонения ветра от изобары отличается от (5.49). Эти различия возникают вследствие того, что в рассмотренной теоретической схеме коэффициент турбулентности принят постоянным от земной поверхности до верхней границы пограничного слоя. На самом деле в приземном слое коэффициент турбулентности растет линейно с высотой, а скорость ветра меняется по логарифмическому или степенному закону.[ ...]
Как показывает экспериментальная проверка теоретических моделей, осуществленная на материалах базисного шаропилотного зондирования пограничного слоя атмосферы, наблюдений на телевизионных, радиотрансляционных и специальных метеорологических мачтах, уточненные модели дают близкие к реальным результаты по вертикальному распределению модуля скорости ветра. Угол направления скорости ветра в приземном слое и соответственно на нижней границе планетарного пограничного слоя удовлетворительно совпадает с расчетным. Однако выше приземного слоя, в планетарном пограничном слое, так называемом экмановском слое, по экспериментальным данным годограф скоростей, соответствующий спирали Эк-мана, никому из публиковавших материалы экспериментаторов наблюдать пока не удавалось. Это можно объяснить существенно большей сложностью физических процессов, протекающих в планетарном пограничном слое по сравнению с процессами в поверхностном слое океана. Экманом была создана теория, описывающая дрейфовые течения в океане. Ее приложения к процессам в атмосфере, усовершенствованные Окербломом, Тейлором и другими исследователями, имеют, как и более современные модели, определенное прикладное значение, но должны осуществляться весьма осмотрительно с учетом конкретных условий и существа решаемой с их помощью проблемы.[ ...]
Отличие фактического годографа от спирали Экмана, как и часто наблюдаемый максимум скорости ветра в пограничном слое атмосферы на высоте 300—400 м, А. С. Монин убедительно объясняет изменениями с высотой коэффициента турбулентной вязкости, а также, возможно, и его суточным ходом. В этом случае теория уже не может исходить из допущения о постоянстве к в экмановском слое, в том числе и в моделях с изломом и др., а коэффициент к должен определяться совместно с вектором скорости ветра.[ ...]
Для безразличной стратификации планетарного пограничного слоя атмосферы А. С. Монин показал, что удачное решение проблемы достигается при использовании безразмерного параметра, введенного Стюартом, как отношения скорости геострофического ветра к функции параметра шероховатости подстилающей поверхности, и зависит только от него.[ ...]
Вернуться к оглавлению