Том 37, номер 10, статья № 3

Аннотация:

Представлены результаты экспериментов по определению параметров турбулентности стратифицированного пограничного слоя атмосферы средствами дистанционного зондирования. Полученные с использованием ветрового лидара и температурного радиометра высотно-временные распределения скорости диссипации кинетической энергии турбулентности и структурной характеристики турбулентных флуктуаций температуры сопоставляются с высотными изменениями параметров, характеризующих атмосферную стратификацию. Показано, что скорость диссипации, определяющая интенсивность ветровой турбулентности, убывает в пограничном слое с высотой при всех типах термической стратификации. В большей степени от вариаций термодинамической устойчивости в атмосфере зависит интенсивность турбулентных флуктуаций температуры. Более сильная, чем в нижележащем слое, термическая неустойчивость атмосферы на бóльших высотах может приводить не к убыванию, а к возрастанию структурной характеристики флуктуаций температуры с высотой. В соответствии с высотным ходом структурной характеристики температуры значения структурной характеристики турбулентных пульсаций показателя преломления также могут увеличиваться с высотой и отличаться от прогнозируемых на основе известных моделей.

Ключевые слова:

структурная характеристика флуктуаций температуры, скорость диссипации турбулентной энергии, турбулентное число Прандтля, градиентное число Ричардсона, флуктуации показателя преломления

Иллюстрации:

Список литературы:

1. 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. P. 2700–2719. DOI: 10.1175/JAS3776.1.
2. O’Connor E.J., Illingworth A.J., Brooks I.M., Westbrook C.D., Hogan R.J., Davies F., Brooks B.J. A method for estimating the kinetic energy dissipation rate from a vertically pointing Doppler lidar, and independent evaluation from balloon-borne in situ measurements // J. Atmos. Ocean. Technol. 2010. V. 27, N 10. P. 1652–1664. DOI: 10.1175/2010JTECHA1455.1.
3. Sathe A., Mann J. A review of turbulence measurements using ground-based wind lidars // Atmos. Meas. Tech. 2013. V. 6, N 11. P. 3147–3167. DOI: 10.5194/amt-6-3147-2013.
4. 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.
5. Newman J.F., Klein P.M., Wharton S., Sathe A., Bonin T.A., Chilson P.B., Muschinski A. Evaluation of three lidar scanning strategies for turbulence measurements // Atmos. Meas. Tech. 2016. V. 9. P. 1993–2013. DOI: 10.5194/amt-9-1993-2016.
6. 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. P. 3021–3039. DOI: 10.5194/amt-2017-35.
7. 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.
8. Banakh V.A., Smalikho I.N., Falits A.V., Sherstobitov A.M. Estimating the parameters of wind turbulence from spectra of radial velocity measured by a pulsed Doppler lidar // Remote Sens. 2021. V. 13, N 11. AN 2071. DOI: 10.3390/rs13112071.
9. Banakh V.A., Smalikho I.N. The impact of internal gravity waves on the spectra of turbulent fluctuations of vertical wind velocity in the stable atmospheric boundary layer // Remote Sens. 2023. V. 15. AN 2894. DOI: 10.3390/rs15112894.
10. Банах В.А., Фалиц А.В., Шерстобитов А.М., Смалихо И.Н., Сухарев А.А., Гордеев Е.В., Залозная И.В. Об оценивании высоты слоя турбулентного перемешивания из высотно-временных распределений числа Ричардсона // Оптика атмосф. и океана. 2022. Т. 35, № 11. С. 912–917. DOI: 10.15372/AOO20221106; Banakh V.A., Falits A.V., Sherstobitov A.M., Smalikho I.N., Sukharev A.A., Gordeev E.V., Zaloznaya I.V. On estimation of the turbulent mixing layer altitude from the altitude-time distributions of the Richardson number // Atmos. Ocean. Opt. 2023. V. 36, N 1. P. 30–40. DOI: 10.1134/S1024856023020033.
11. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. М.: Наука, 1967. 548 с.
12. Банах В.А., Смалихо И.Н., Залозная И.В. Экспериментальная проверка модельной зависимости турбулентного числа Прандтля от градиентного числа Ричардсона // Оптика атмосферы и океана (в печати).
13. Jiang P., Yuan J., Wu K., Wang L., Xia H. Turbulence detection in the atmospheric boundary layer using coherent Doppler wind lidar and microwave radiometer // Remote Sens. 2022. V. 14, N 12. AN 2951. DOI: 10.3390/rs14122951.
14. Бызова Н.Л., Иванов В.Н., Гаргер Е.К. Турбулентность в пограничном слое атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 263 с.
15. Гурвич А.С., Кон А.И., Миронов В.Л., Хмелевцов С.С. Лазерное излучение в турбулентной атмосфере. М.: Наука, 1976. 277 с.