О структуре температурных пульсаций вблизи поверхности в конвективных условиях

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проведены измерения температурных пульсаций в условиях летней жаркой погоды в приповерхностном слое воздуха на опустыненной территории с использованием проволочных датчиков, распределённых пространственно и по высоте с частотой регистрации 1000 Гц. Для степенных спектров для частот, расположенных ниже области инерционного интервала “–5/3”, отмечаются наклоны со значениями от “–1” до “–1.35” (масштабы: 0.2–2 м). На частотах выше инерционного интервала (масштабы: 0.01–0.1 м) наклоны варьируются от “–4.2” до “–5.8”. В отдельных эпизодах на частотах меньше 0.1–0.3 Гц наблюдаются наклоны от “–0.2” до “–0.85”. Исходя из уравнений движения в приближении Буссинеска, получены оценки для наблюдаемых наклонов спектров: “–1”, “–4/3”, “–7/3”, характерных для термически стратифицированной среды. С использованием качественного (визуального) метода при разных временах осреднениях сигнала (1, 10, 200 с) выявлено возникновение термоконвективных структур “рэмпов” временной протяженностью в 0.3–1 с, которые составляют при более крупном осреднении рэмп длиной 1–10 с.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. А. Малиновская

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова Российской Академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: elen_am@inbox.ru
Россия, Москва

О. Г. Чхетиани

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова Российской Академии наук

Email: elen_am@inbox.ru
Россия, Москва

Г. В. Азизян

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова Российской Академии наук

Email: elen_am@inbox.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Krishnamurti R., Howard L. N. Large-scale flow generation in turbulent convection // Proceedings of the National Academy of Sciences. 1981. V. 78(4). P. 1981–1985.
  2. Малиновская Е. А., Чхетиани О. Г., Голицын Г. С., Лебедев В. А. О вертикальном распределении пылевого аэрозоля в условиях слабых и умеренных ветров // Доклады РАН. Науки о Земле. 2023. Т. 509. Вып. 2. С. 250–258.
  3. Frisch A. S., Businger J. A. A study of convective elements in the atmospheric surface layer // Boundary-Layer Meteorology. 1973. V. 3(3). P. 301–328.
  4. Koprov B. M. et al. Statistics of air temperature spatial variability in the atmospheric surface layer // Boundary-layer meteorology. 1998. V. 88(3). P. 399–423.
  5. Taylor R. J. Thermal structures in the lowest layers of the atmosphere // Australian Journal of Physics. 1958. V. 11(2). P. 168–176.
  6. Chen W. et al. Coherent eddies and temperature structure functions for three contrasting surfaces. Part I: Ramp model with finite microfront time // Boundary-Layer Meteorology. 1997. V. 84. P. 99–124.
  7. Phong-Anant D., Chambers A. J., Antonia R. A. I. Vertical and horizontal spatial coherence of temperature fluctuations in the atmospheric surface layer / Australasian Conference on Hydraulics and Fluid Mechanics. Barton, ACT, 1980. V. 7. P. 432–434.
  8. Кадер Б. А. Трехслойная структура неустойчиво стратифицированного приземного слоя атмосферы // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1988. Т. 28. № 12. С 1235–1250.
  9. Vindel J. M., Yagüe C. Intermittency of turbulence in the atmospheric boundary layer: Scaling exponents and stratification influence // Boundary-layer meteorology. 2011. V. 140. P. 73–85.
  10. McNaughton K. G., Clement R. J., Moncrieff J. B. Scaling properties of velocity and temperature spectra above the surface friction layer in a convective atmospheric boundary layer // Nonlinear Processes in Geophysics. 2007. V. 14(3). P. 257–271.
  11. Горчаков Г. И., Чхетиани О. Г., Карпов А. В., Гущин Р. А., Даценко О. И. Турбулентные потоки аэрозоля и тепла на опустыненной территории при всплесковой эмиссии пылевого аэрозоля // Доклады РАН. Науки о Земле. 2024. (в печати).
  12. Martens C. P. Spectrum of turbulence with temperature gradient (in the atmosphere) // Journal of Physics A. 1976. V. 9–10. P. 1751–1770.
  13. Гисина Ф. А. Расчет основных спектральных характеристик турбулентности в термически стратифицированной атмосфере // Труды Ленинградского гидрометеорологического института. 1968. Вып. 34. С. 49–58.
  14. Сазонтов А. Г. Соотношение подобия и спектры турбулентности в стратифицированной среде // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1979. Т. 15. № 8. С. 820–828.
  15. Chkhetiani O. G., Gledzer E. B., Artamonova M. S., Iordanskii M. A. Dust resuspension under weak wind conditions: direct observations and model // Atm. Chemistry and Physics. 2012. V. 12. P. 5147–5162.
  16. Чхетиани О. Г., Вазаева Н. В. Об алгебраических возмущениях в атмосферном пограничном слое // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2019. Т. 55. № 5. С. 62–75.
  17. Dillon T. M., Caldwell D. R. The Batchelor spectrum and dissipation in the upper ocean // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1980. V. 85. С. 4. P. 1910–1916.
  18. Young G. S. Convection in the atmospheric boundary layer // Earth-Science Reviews. 1988. V. 25(3). P. 179–198.
  19. Kao S. K. Wavenumber-frequency spectra of temperature in the free atmosphere // Journal of Atmospheric Sciences. 1970. V. 27(7). P. 1000–1007.
  20. Гисина Ф. А. О влиянии градиентов средней скорости и температуры на спектральные характеристики турбулентности // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1966. Т. 2. № 8. С. 804–813.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема расстановки 2-метровых мачт и установка датчиков пульсационного измерительного беспроводного комплекса (панорама, вдоль линии, вблизи, на спутниковом снимке) и иллюстрация реализации второго эксперимента с датчиками на разной высоте.

Скачать (198KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изменение угла падения лучей солнца на поверхность (схема движения солнца).

Скачать (55KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Спектры температурных пульсаций: (а) 22.07 в 12:00 точки 1–3; (б) 22.07 в 13:00 точки 1–3, (в) 28.07 в 12:00 на высотах 20 и 80 см, (г) 29.07 в 13:00 на высотах 20 и 80 см, (д) 28.07 в 10:00 на высотах 20 и 80 см, (е) 29.07 в 11:00 на высотах 20 и 80 см (ω – частота, u(20).

Скачать (454KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Динамика изменения масштабов структур (а – первая точка перегиба, б – вторая точка перегиба) в ясный день 29.07.2022 и частот 28.07.2022 и 29.07.2022 в точках перегиба, изменение коэффициентов наклона в течение дня 28.07 и 29.07 (квадратные области – моменты времени с облачностью 28.07).

Скачать (301KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Проявление самоподобия структур при изменении масштабов визуализации и осреднения. (а) представление на интервале 20 сек. с осреднением 1 сек., выделенные структуры имеют длину от 300 до 1000 мс, (б) представление на интервале 50 с с коэффициентом x10, осреднение 10 с, – выделенные структуры имеют длину от 1 до 3 с, (в) и (д) представление на интервалах 50 и 200 с с осреднением 100 с, структуры длиной от 1 до 10 с.

Скачать (388KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024