Комплексный анализ турбулентности, облачности и осадков с использованием радиозондовых, станционных и радиолокационных измерений

• Автор: Толмачева, Наталья Игоревна
• Шифр специальности: 11.00.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 140 с.

ВВЕДЕНИЕ

1. ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ МЕЗОМАСШТАБНОЙ АТМОСФЕРНОЙ ТУРБУЛЕНТНОСТИ

1.1. Турбулентность в температурнонеоднородной

атмосфере.

1.2. Статистическое описание поля турбулентности.

1.3. Турбулентность в области тропопаузы, струйных

течений и фронтальных разделов.

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА И МЕТОДИКА ЕГО ОБРАБОТКИ .

2.1. Мезонеоднородности поля скорости ветра1.

2.2. Создание базы данных срочной аэрологической информации.

2.3. Характеристики интенсивности турбулентных

пульсаций скорости ветра.
3. ПРОСТРАНСТВЕННОВРЕМЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ТУРБУЛЕНТНОСТИ.
3.1. Мезомасштабная интенсивность турбулентности в тропосфере и нижней стратосфере
3.2. Распределение очагов интенсивности турбулентных пульсаций скорости ветра.
3.3. Сезонные особенности пространственного распределения интенсивности турбулентных пульсаций скорости ветра
3.4. Мезомасштабная интенсивность турбулентности
ясного неба.
3.5. Связь интенсивности турбулентности с термодинамическими условиями в атмосфере.
4. РАДИОЛОКАЦИОННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТУРБУЛЕНТНОСТИ В ОБЛАЧНОЙ СРЕДЕ.
4.1. Интенсивность турбулентности в слоистообразных и конвективных облаках
4.2. Интенсивность турбулентности в кучеводождевых облаках.
4.3. Радиолокационное исследование прохождения атмосферных фронтов.
4.4.Совместный анализ полей осадков по радиолокационным
и станционным измерениям.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Операция осреднения приводит к появлению в описывающих данные поля уравнениях новых членов, содержащих моменты корреляции между различными пульсационными величинами. При этом система уравнений становится незамкнутой, и решение ее может быть получено лишь при замене неизвестных моментов корреляции некоторыми характеристиками полей осредненных величин. При такой замене вводятся некоторые коэффициенты пропорциональности коэффициенты турбулентного обмена, которые не являются физическими константами, а требуют экспериментального определения для каждого конкретного типа потока. Во втором методе изучения турбулентности основное внимание уделяется исследованию не осредненных полей, а самих пульсационных величии, их коррелятивных связей и спектральных характеристик. Важным достижением этого направления исследования турбулентности является теория локальноизотропной турбулентности Колмогорова Обухова . Тогда из соображений размерности легко получить выражение для распределения энергии по спектру турбулентных вихрей закон степени , для корреляционных или структурных функций закон степени и для коэффициента обмена закон степени . Движения воздуха в атмосфере обычно имеют турбулентный характер. Особенностью их является беспорядочный характер траекторий отдельных частиц и даже объемов воздуха и наличие беспрерывных относительных перемещений отдельных порций воздуха. Поэтому скорость воздуха непрерывно изменяется пульсирует. Лишь осредненное ее значение может на определенное время сохраняться постоянным 9. Основными причинами турбулизации воздушных течений в атмосфере являются контрасты в полях температуры и скорости ветра. Указанные процессы могут действовать одновременно, усиливая ослабляя как друг друга, так и турбулизацию воздушного потока . Турбулентное движение вязкой жидкости, в отличие от ламинарного, характеризуется непостоянством поля скоростей, наличием неоднородностей турбулентных вихрей, приводящих к перемешиванию струй. Под турбулентным вихрем понимается элемент турбулентного течения с некоторым характерным размером масштаб вихря. Если обозначить среднее значение скорости через й , то и й и, где и пульсационная или вихревая скорость. Если и О, движение называется ламинарным. Если через I обозначить характерный размер потока вязкой жидкости, а через и характерную скорость течения, то из 1,и и г укинематическая вязкость жидкости можно составить безразмерную комбинацию, известную как число Рейнольдса е иИу. Ламинарное движение становится турбулентным лишь в том случае, когда число Рейнольдса превышает некоторое критическое значение Яекр, т. Иу Кекр. Физический смысл Яекр состоит в следующем. Сила инерции приводит к сближению первоначально удаленных друг от друга объемов жидкости, обладающих разной скоростью движения, и способствуют тому, что в близких точках резко изменяются скорости. Силы же вязкости, напротив, приводят к выравниванию скоростей в близких точках, т. При малых значениях Ле, когда силы вязкости преобладают над силами инерции, течение имеет ламинарный характер. По мере увеличения Ле сглаживающее действие сил вязкости ослабляется, течение турбулизируется, т. ЯеКр как раз соответствует условиям, когда силы инерции становятся настолько большими по сравнению с силами вязкости, что формируется устойчивый турбулентный режим. Применительно к атмосфере число Рейнольдса становится в значительной степени неопределенным изза трудностей определения масштаба потока в целом. Подобная геометрия атмосферных течений заставляет вводить новые понятия. Так, например, в качестве характерного размера берут иногда расстояние от поверхности земли до уровня максимальной скорости ветра или высоту тропопаузы. Если формально подсчитать значение 1е для атмосферы, то оказывается, что оно во много раз превышает критическое и, следовательно, движение в атмосфере всегда турбулентно. Действительно, если для измерения скорости ветра воспользоваться достаточно чувствительным прибором, то всегда можно обнаружить беспорядочные флуктуации скорости около устойчивого среднего значения .