Том 33, номер 08, статья № 6

Банах В. А., Смалихо И. Н., Фалиц А. В. Температурно-ветровое зондирование пограничного слоя атмосферы в прибрежной зоне Байкала. I. Число Ричардсона. // Оптика атмосферы и океана. 2020. Т. 33. № 08. С. 621-630. DOI: 10.15372/AOO20200806.
Скопировать ссылку в буфер обмена
Аннотация:

Представлены результаты экспериментальных исследований пограничного слоя атмосферы в прибрежной зоне оз. Байкал с использованием когерентного доплеровского ветрового лидара и температурного профилометра. Получены двумерные по высоте и времени распределения скорости ветра, температуры и числа Ричардсона. Установлено, что во время эксперимента с 6 по 23 августа 2018 г. в регионе измерений в пограничном слое круглосуточно реализовались условия устойчивой термической стратификации с образованием низкоуровневых струйных течений как в ночное, так и в дневное время. Высотно-временные распределения числа Ричардсона имеют слоистую структуру. Слои с числами Ричардсона, превышающими критическое значение, перемежаются со слоями, где число Ричардсона меньше критического.

Ключевые слова:

пограничный слой атмосферы, скорость ветра, температура, зондирование, число Ричардсона, устойчивая стратификация

Список литературы:

1. Голицын Г.С. Статистика и динамика природных процессов и явлений: Методы, инструментарий, результаты. М.: КРАСАНД, 2013. 400 с.
2. Голицын Г.С. Законы случайных блужданий А.Н. Колмогорова 1934 года // Метеорол. и гидрол. 2018. № 3. С. 5–15.
3. Зилитинкевич С.С. Атмосферная турбулентность и планетарные пограничные слои. М.: Физматлит, 2013. 246 с.
4. Holtslag A., Svensson G., Baas P., Basu S., Beare B., Beljaars A.C.M., Bosveld F.C., Cuxart J., Lindvall J., Steeneveld G.J., Tjernström M., Van De Wiel B.J.H. Stable atmospheric boundary layers and diurnal cycles: Challenges for weather and climate models // Bull. Am. Meteorol. Soc. 2013. V. 94, N 11. P. 1691–1706. DOI: 10.1175/BAMS-D-11-00187.1
5. Grachev A.A., Andreas E.L., Fairall C.W., Guest P.S., Persson P.O.G. The critical Richardson number and limits of applicability of local similarity theory in the stable boundary layer // Bound.-Lay. Meteorol. 2013. V. 147, iss. 1. P. 51–82. DOI: 10.1007/s10546-012-9771-0.
6. Liang J.N., Zhang L., Wang Y., Cao X.J., Zhang Q., Wang H. B., Zhang B.D. Turbulence regimes and the validity of similarity theory in the stable boundary layer over complex terrain of the Loess Plateau, China // J. Geophys. Res. 2014. V. 119, iss. 10. P. 6009–6021. DOI: 10.1002/2014JD021510.
7. Bonin T., Blumberg W., Klein P., Chilson P. Thermodynamic and turbulence characteristics of the southern great plains nocturnal boundary layer under differing turbulent regimes // Bound.-Lay. Meteorol. 2015. V. 157, iss. 3. P. 401–420. DOI: 10.1007/s10546-015-0072-2.
8. Optis M., Monahan A., Bosveld F.C. Limitations and breakdown of Monin–Obukhov similarity theory for wind profile extrapolation under stable stratification // Wind Energy. 2016. V. 2016, N 19. P. 1053–1054.
9. Sun J., Nappo C.J., Mahrt L., Belušić D., Grisogono B., Stauffer D.R., Pulido M., Staquet C., Jiang Q., Pouquet A., Yagüe C., Galperin B., Smith R.B., Finnigan J. J., Mayor S. D., Svensson G., Grachev A.A., Neff W.D. Review of wave turbulence interactions in the stable atmospheric boundary layer // Rev. Geophys. 2015. V. 53. P. 956–993. DOI: 10.1002/2015RG000487.
10. Sun J., Mahrt L., Nappo C., Lenschow D.H. Wind and temperature oscillations generated by wave-turbulence interactions in the stably stratified boundary layer // J. Atmos. Sci. 2015. V. 72. P. 1484–1503. DOI: 10.1175/JAS-D-14-0129.1.
11. Hogan R.J., Grant A.L.M., Illingworth A.J., Pearson G.N., O’Connor E.J. Vertical velocity variance and skewness in clear and cloud-topped boundary layers as revealed by Doppler lidar // Q. J. R. Meteorol. Soc. 2009. V. 135, N 4. P. 635–643.
12. Barlow J.F., Dunbar T.M., Nemitz E.G., Wood C.R., Gallagher M.W., Davies F., O’Connor E., Harrison R.M. Boundary layer dynamics over London, UK, as observed using Doppler lidar during REPARTEE-II // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11, N 3. P. 2111–2125.
13. Huang M., Gao Z., Miao S., Chen F., Lemone M.A., Li J., Hu F., Wang L. Estimate of boundary-layer depth over Beijing, China, using Doppler lidar data during SURF-2015 // Bound.-Lay. Meteorol. 2017. V. 162, N 9. P. 503–522.
14. Pichugina Y.L., Banta R.M. Stable boundary layer depth from high-resolution measurements of the mean wind profile // J. Appl. Meteorol. Climatol. 2010. V. 49, N 1. P. 20–35.
15. Bonin T.A., Carroll B.J., Hardesty R.M., Brewer W.A., Hajny K., Salmon O.E., Shepson P.B. Doppler lidar observation of the mixing height in Indianapolis using an automated composite fuzzy logic approach // J. Atmos. Ocean. Technol. 2018. V. 35, N 3. P. 915–935.
16. Банах В.А., Смалихо И.Н. Когерентные доплеровские ветровые лидары в турбулентной атмосфере. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2013. 304 с.
17. Sathe A., Mann J. A review of turbulence measurements using ground-based wind lidars // Atmos. Meas. Tech. 2013. V. 6. P. 3147–3167. DOI: 10.5194/amt-6-3147-2013.
18. Fuertes F.C., Iungo G.V., Porté-Agel F. 3D turbulence measurements using three synchronous wind lidars: Validation against sonic anemometry // J. Atmos. Ocean. Technol. 2014. V. 31. P. 1549–1556. DOI: 10.1175/JTECH-D-13-00206.1.
19. Sathe A., Mann J., Vasiljevic N., Lea G. A six-beam method to measure turbulence statistics using ground-based wind lidars // Atmos. Meas. Tech. 2015. V. 8. P. 729–740. DOI: 10.5194/amt-8-729-2015.
20. Smalikho I.N., Banakh V.A. Measurements of wind turbulence parameters by a conically scanning coherent Doppler lidar in the atmospheric boundary layer // Atmos. Meas. Tech. 2017. V. 10. P. 4191–4208. DOI: 10.5194/amt-10-4191-2017.
21. Banakh V.A., Smalikho I.N., Falits A.V. Estimation of the turbulence energy dissipation rate in the atmospheric boundary layer from measurements of the radial wind velocity by micropulse coherent Doppler lidar // Opt. Express. 2017. V. 25, N 19. P. 22679–22692. DOI: 10.1364/OE.25.022679.
22. Bonin T.A., Choukulkar A., Brewer W.A., Sandberg S.P., Weickmann A.M., Pichugina Y., Banta R.M., Oncley S.P., Wolfe D.E. Evaluation of turbulence measurement techniques from a single Doppler lidar // Atmos. Meas. Tech. 2017. V. 10, iss. 8. P. 3021–3029.
23. Newman J.F., Clifton A. An error reduction algorithm to improve lidar turbulence estimates for wind energy // Wind Energy Sci. 2017. V. 2. P. 77–95. DOI: 10.5194/wes-2-77-2017.
24. Banakh V.A., Smalikho I.N. Lidar studies of wind turbulence in the stable atmospheric boundary layer // Remote Sens. 2018. V. 10. P. 1219. DOI: 10.3390/rs10081219.
25. Bodini N., Lundquist J.K., Newsom R.K. Estimation of turbulence dissipation rate and its variability from sonic anemometer and wind Doppler lidar during the XPIA field campaign // Atmos. Meas. Tech. 2018. V. 11. P. 4291–4308. DOI: 10.5194/amt-11-4291-2018.
26. Kallistratova M.A., Kouznetsov R.D. Low-level jets in the Moscow region in summer and winter observed with a sodar network // Bound.-Lay. Meteorol. 2012. V. 143, iss. 1. P. 159–175.
27. Kallistratova M.A., Kouznetsov R.D., Kramar V.F., Kuznetsov D.D. Profiles of wind speed variances within nocturnal low-level jets observed with a sodar // J. Atmos. Ocean. Technol. 2013. V. 30, N 9. P. 1970–1977.
28. Newsom R.K., Banta R.M. Shear-flow instability in the stable nocturnal boundary layer as observed by Doppler lidar during CASES-99 // J. Atmos. Sci. 2003. V. 60, N 1. P. 16–33.
29. Banta R.M., Newsom R.K., Lundquist J.K., Pichugina Y.L., Coulter R.L., Mahrt L. Nocturnal low-level jet characteristics over Kansas during CASES-99 // Bound.-Lay. Meteorol. 2002. V. 105, iss. 2. P. 221–252.
30. Banta R.M., Pichugina Y.L., Newsom R.K. Relationship between low-level jet properties and turbulence kinetic energy in the nocturnal stable boundary layer // J. Atmos. Sci. 2003. V. 60, iss. 20. P. 2549–2555.
31. Banta R.M., Pichugina Y.L., Brewer W.A. Turbulent velocity-variance profiles in the stable boundary layer generated by a nocturnal low-level jet // J. Atmos. Sci. 2006. V. 63, is. 11. P. 2700–2719.
32. Banakh V.A., Smalikho I.N. Lidar observations of atmospheric internal waves in the boundary layer of atmosphere on the coast of Lake Baikal // Atmos. Meas. Tech. 2016. V. 9. P. 5239–5248. DOI: 10.5194/amt-9-1-2016.
33. Lyulyukin V., Kouznetsov R., Kallistratova M. The composite shape and structure of braid patterns in Kelvin-Helmholtz billows observed with a sodar // J. Atmos. Ocean. Technol. 2013. V. 30, iss. 12. P. 2704–2711.
34. Каллистратова М.А., Петенко И.В., Кузнецов Р.Д., Куличков С.Н., Чхетиани О.Г., Чунчузов И.П., Люлюкин В.С., Зайцева Д.В., Вазаева Н.В., Кузнецов Д.Д., Перепелкин В.Г., Буш Г.А. Содарное зондирование атмосферного пограничного слоя (Обзор работ ИФА им. А.М. Обухова РАН) // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2018. Т. 54, № 3. С. 283–300. DOI: 10.7868/S0003351518030054.
35. Кадыгров Е.Н. Микроволновая радиометрия атмосферного пограничного слоя – метод, аппаратура, результаты измерений // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т. 22, № 7. С. 697–704.
36. Кадыгров Е.Н., Ганьшин Е.В., Миллер Е.А., Точилкина Т.А. Наземные микроволновые температурные профилемеры: потенциал и реальность // Оптика атмосф. и океана. 2015. Т. 28, № 6. С. 521–528; Kadygrov E.N., Ganshin E.V., Miller E.A., Tochilkina T.A. Ground-based microwave temperature profilers: Potential and experimental data // Atmos. Ocean. Opt. 2015. V. 28, N 6. P. 598–605.
37. Миллер Е.А., Воробьева Е.А., Кадыгров Е.Н. Анализ межсезонных и межгодовых особенностей температурной стратификации городского острова тепла // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т. 22, № 6. С. 552–557; Miller E.A., Vorob’eva E.A., Kadygrov E.N. Analysis of seasonal and annual peculiarities of the temperature stratification of an urban heat island // Atmos. Ocean. Opt. 2009. V. 22, N 4. P. 435–440.
38. Воробьева Е.А., Шапошников А.Н., Фоломеев В.В., Кадыгров Е.Н. Результаты измерений термической стратификации атмосферного пограничного слоя в каньонах и котловинах Гуамского хребта // Оптика атмосф. и океана. 2010. Т. 23, № 6. С. 505–509.
39. Эзау И.Н., Вольф Т., Миллер Е.А., Репина И.А., Троицкая Ю.И., Зилитинкевич С.С. Анализ результатов дистанционного мониторинга профиля температуры в нижних слоях атмосферы долины г. Берген (Норвегия) // Метеорол. гидрол. 2013. № 10. С. 93–103.
40. Кадыгров Е.Н., Горелик А.Г., Миллер Е.А., Некрасов В.В., Троицкий А.В., Точилкина Т.А., Шапошников А.Н. Результаты мониторинга термодинамического состояния тропосферы многоканальным микроволновым радиометрическим комплексом // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 6. С. 459–465.
41. Горчаков Г.И., Кадыгров Е.Н., Куницын В.Е., Захаров В.И., Семутникова Е.Г., Карпов А.В., Курбатов Г.А., Миллер Е.А., Ситанский С.И. Московский остров тепла в блокирующем антициклоне летом 2010 г. // Докл. АН. 2014. Т. 456, № 5. С. 591–595.
42. Chunchuzov I.P. Nonlinear formation of the three-dimensional spectrum of mesoscale wind velocity and temperature fluctuations in a stably stratified atmosphere // J. Atmos. Sci. 2018. V. 75. P. 3447–3467. DOI: 10.1175/JAS-D-17-0398.1.
43. Gurvich A.S., Brekhovskikh V.L. Study of the turbulence and inner waves in the stratosphere based on the observations of stellar scintillations from space: A model of scintillation spectra // Waves Random Media. 2001. V. 11. P. 163–181. DOI: 10.1080/13616670109409781.
44. Гурвич А.С., Кан В. Структура неоднородностей плотности в стратосфере по наблюдениям мерцаний звезд из космоса: 1. Mодель 3D спектра и реконструкция ее параметров. 2. Характерные масштабы, структурные характеристики и диссипация кинетической энергии // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2003. Т. 39, № 3. С. 335–358.