Том 37, номер 12, статья № 3

Аннотация:

Параметры спектральной модели мелкомасштабной турбулентности – важнейшие характеристики, используемые при описании распространения света и звука в атмосфере. Одним из определяющих факторов, которые влияют на спектральный состав турбулентности, является режим стратификации. В настоящей статье на основе результатов обработки временных рядов флуктуаций метеопараметров, регистрируемых акустическими метеостанциями, исследовано влияние стратификации в приземном слое атмосферы на отклонения спектра турбулентности от модели Колмогорова–Обухова. При сопоставлении временной динамики характеристики устойчивости (числа Монина–Обухова) и показателя степенной модели спектра флуктуаций температуры установлена значимая корреляция между ними. Предложена эмпирическая модель зависимости показателя спектра от параметра устойчивости. Модель позволяет на основе оценок величины и направления турбулентных потоков тепла и импульса судить об изменениях параметров спектральной структуры мелкомасштабной турбулентности. Полученная зависимость отражает особенности формирования температурной турбулентности при различной стратификации в приземном слое. Информация о турбулентных спектральных параметрах, полученная на основе оценки стратификации, в дальнейшем может быть использована при решении задач распространения при решении задач распространения оптического и акустического излучения, а также зондирования атмосферы.

Ключевые слова:

неколмогоровская турбулентность, энергетический спектр, стратификация, число Монина–Обухова, акустическая метеостанция

Список литературы:

1. Монин А.С., Яглом А.М. Статистическая гидромеханика. М.: Наука, 1965. Ч. I. 640 с.
2. Бызова Н.Л., Иванов В.Н., Гаргер Е.К. Турбулентность в пограничном слое атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 263 с.
3. Носов В.В., Лукин В.П., Ковадло П.Г., Носов Е.В., Торгаев А.В. Оптические свойства турбулентности в горном пограничном слое атмосферы. Н.: Изд-во СО РАН, 2016. 153 с.
4. Zilitinkevich S., Kadantsev E., Repina I., Mortikov E., Glazunov A. Order out of chaos: Shifting paradigm of convective turbulence // J. Atmos. Sci. 2021. V. 78. P. 3925–3932. DOI: 10.1175/JAS-D-21-0013.1.
5. Stull R.B. An Introduction to Boundary Layer Meteorology. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 1988. 670 p.
6. Banerjee T., Katul G.G., Salesky S.T., Chamecki M. Revisiting the formulations for the longitudinal velocity variance in the unstable atmospheric surface layer // Q. J. R. Meteorol. Soc. 2014. V. 141, N 690. P. 1699–1711. DOI: 10.1002/qj.2472.
7. Toselli I., Gladysz S. On the general equivalence of the Fried parameter and coherence radius for non-Kolmogorov and oceanic turbulence // OSA Continuum. 2019. V. 2. P. 43–48. DOI: 10.1364/OSAC.2.000043.
8. Tan L., Du W., Ma J., Yu S., Han Q. Log-amplitude variance for a Gaussian-beam wave propagating through non-Kolmogorov turbulence // Opt. Express. 2010. V. 18, N 2. P. 451–462. DOI: 10.1364/OE.18.000451.
9. Носов В.В., Ковадло П.Г., Лукин В.П., Торгаев А.В. Атмосферная когерентная турбулентность // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 9. С. 753–759; Nosov V.V., Kovadlo P.G., Lukin V.P., Torgaev A.V. Atmospheric coherent turbulence // Atmos. Ocean. Opt. 2013. V. 26, N 3. P. 201–206.
10. Маракасов Д.А., Афанасьев А.Л., Гордеев Е.В. Оценка параметров инерционного интервала турбулентного спектра температуры из временных рядов данных акустических метеостанций // Оптика атмосф. и океана. 2024. Т. 37, № 3. С. 254–261. DOI: 10.15372/AOO20240309.
11. Азбукин А.А., Богушевич А.Я., Ильичевский В.С., Корольков В.А., Тихомиров А.А., Щелевой В.Д. Автоматизированный ультразвуковой метеорологический комплекс АМК­03 // Метеорол. и гидролог. 2006. № 11. С. 89–98.
12. Репина И.А. Экспериментальные исследования взаимодействия атмосферы и океана в нестационарных условиях: дис. ... д.ф.-м.н. М., 2011. 358 с.
13. Гладких В.А., Мамышев В.П., Невзорова И.В., Одинцов С.Л. Зависимость скорости трения от скорости ветра в приземном слое атмосферы // Оптика атмосф. и океана. 2021. Т. 34, № 6. С. 453–457. DOI: 10.15372/AOO20210611; Gladkikh V.A., Mamyshev V.P., Nevzorova I.V., Odintsov S.L. Dependence of the friction speed on the wind speed in the surface air layer // Atmos. Ocean. Opt. 2021. V. 34, N 5. P. 507–512.
14. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. М.: Наука, 1967. 548 с.
15. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах. М.: Мир, 1981. Т. 2. 320 с.