Том 37, номер 11, статья № 3

Аннотация:

Получена формула, связывающая структурную характеристику флуктуаций температуры со скоростью диссипации кинетической энергии турбулентности не через коэффициент турбулентной температуропроводности, а через вертикальные градиенты средней скорости ветра и температуры и турбулентное число Прандтля. Для оценки структурной характеристики температуры по этой формуле предложена модель, основанная на обобщении известных данных о турбулентном числе Прандтля как функции градиентного числа Ричардсона. Экспериментально показано, что временные ходы структурной характеристики температуры, рассчитанной по предложенной формуле и независимо найденной из спектров флуктуаций температуры по данным измерений скорости ветра и температуры акустическими анемометрами на двух высотных уровнях, согласуются между собой. Это подтверждает правильность теоретических построений, на обобщении результатов которых основана используемая в работе модель зависимости турбулентного числа Прандтля от градиентного числа Ричардсона, и открывает возможность дистанционного определения структурной характеристики температуры из измерений скорости ветра и температуры.

Ключевые слова:

структурная характеристика флуктуаций температуры, скорость диссипации кинетической энергии турбулентности, турбулентное число Прандтля, градиентное число Ричардсона

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Монин А.С., Обухов А.М. Основные закономерности турбулентного перемешивания в приземном слое атмосферы // Труды Геофиз. ин-та АН СССР. 1954. Т. 151, № 24. С. 163–187.
2. Обухов А.М. Турбулентность в температурно-неоднородной атмосфере // Труды Ин-та теорет. геофиз. 1946. Т. 1. С. 95–115.
3. Li D. Turbulent Prandtl number in the atmospheric boundary layer – where are we now? // Atmos. Res. 2019. N 216. P. 86–105.
4. 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.-Layer Meteorol. 2013. V. 147. P. 51–82. DOI: 10.1007/s10546-012-9771-0.
5. Zilitinkevich S.S., Elperin T., Kleeorin N., Rogachevskii I., Esau I.N. A hierachy of energy- and flux-budget (EFB) turbulence closure models for stably-stratified geophysical flows // Bound.-Layer Meteorol. 2013. V. 146. P. 341–373. DOI: 10.1007/s10546-012-9768-8.
6. Курбацкий А.Ф., Курбацкая Л.И. О турбулентном числе Прандтля в устойчиво стратифицированном атмосферном пограничном слое // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2010. Т. 46, № 2. C. 187–196.
7. Kurbatskaya L.I. Eddy mixing, gravity waves and the intermittent turbulence in atmospheric flows under stronger stratification // AIP Conf. Proc. 2021. V. 2351. P. 040008-1–10. DOI: 10.1063/5.0052012.
8. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. М.: Наука, 1967. 548 с.
9. Stull R.B. An Introduction to Boundary Layer Meteorology. Dordrecht; Boston; London: Kluwer Academic Publishers, 1988. 666 p.
10. Li D., Katul G.G., Zilitinkevich S.S. Revisiting the turbulent Prandtl number in an idealized atmospheric surface layer // J. Atmos. Sci. 2015. V. 72. P. 2394–2410. DOI: 10.1175/JAS-D-14-0335.1.
11. Businger J.A., Wyngaard J.C., Izumi Y., Bradley E.F. Flux-profile relationships in the atmospheric surface layer // J. Atmos. Sci. 1971. V. 28. P. 181–191. DOI: 10.1175/1520-0469(1971)028<0181:FPRITA>2.0.CO;2.
12. Li D., Katul G., Bou-Zeid E. Mean velocity and temperature profiles in a sheared diabatic turbulent boundary layer // Phys. Fluid. 2012. V. 24, N 10. P. 105105. DOI: 10.1063/1.4757660.
13. Банах В.А., Смалихо И.Н. Рефракция лазерного пучка на приземных трассах // Оптика атмосф. и океана. 1998. Т. 11, № 7. С. 694–699.
14. Kantha L., Luce H. Mixing coefficient in stably stratified flows // J. Phys. Oceanogr. 2018. V. 48. P. 2649–2665. DOI: 10.1175/JPO-D-18-0139.1.
15. Банах В.А., Смалихо И.Н., Гордеев Е.В., Сухарев А.А., Фалиц А.В. Определение параметров турбулентности стратифицированного пограничного слоя атмосферы с использованием средств дистанционного зондирования // Оптика атмосф. и океана. 2024. Т. 37, № 10. С. 830–834.
16. 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.