Файл: Бызова, Н. Л. Рассеяние примеси в пограничном слое атмосферы.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 23.10.2024

Просмотров: 97

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Масштаб температуры приземного слоя, с =•&*/••t/f — геострофиче­ ский коэффициент трения.

Для расчетов того или иного параметра устойчивости обычно пользуются результатами градиентных измерений, т. е. измерений разностей температуры и скорости ветра, при этом так или иначе приходится выбирать и фиксировать уровни измерений. С этой точки зрения целесообразно все практически применяемые харак­ теристики устойчивости разделить на «приземные» и «высотные».

Термином приземные_будем называть те характеристики устой­ чивости, 'расчет которых"основан на градиентных (или потоковых) измерениях в приземном слое атмосферы, где сохраняют постоян­ ство касательное напряжение и поток тепла. В этом случае обыч­ но пользуются параметром Ричардсона, рассчитанным по конеч­

ным

разностям, для слоя,

примыкающего

к

поверхности

земли,

 

Б

=

g A V ,

 

 

(3.9)

 

 

 

т0и*

 

 

 

где

U — скорость ветра

на уровне /г1 </г</7.2 , Д/ г в — разность по­

тенциальной температуры на уровнях /г2

и

h\, лежащих

внутри

приземного слоя.

 

 

 

 

 

Институтом физики атмосферы разработан метод определения характеристик приземного слоя через параметр Б и шероховатость

местности z0 по измеренным

значениям U и ДЛ- Ф

при условии

/i2=2/i, h\=hj2. Небольшая

толщина слоя позволяет

использовать

обычную температуру вместо потенциальной. При этом значения L

однозначно определяются через Б и z0 , а параметр

пограничного

слоя р. — через Б, zQ и U. Значения универсальных функций, необ­ ходимых для этих расчетов, были уточнены Зилитинкевичем и Чаликовым (Зилитинкевич, 1970).

Вместо параметра Б, можно использовать параметр Будыко

(Зилитинкевич,

1970)

 

 

 

Б. = *****

,

(3.10)

где Дл U — разность скоростей на уровне h2

и /гь в этом случае

для дальнейших

расчетов не требуется

знание

z0.

Чаликовым (Зилитинкевич, 1970) предложена схема расчета характеристик приземного слоя атмосферы по результатам гра­ диентных измерений с помощью способа наименьших квадратов.

Для определения стратификации пограничного слоя по изме­

рениям в приземном слое атмосферы можно пользоваться

также

параметром

 

- - • Ж -

( З Л 1 )

который представляет собой рассчитанный по конечным

разно­

стям градиентный аналог потокового параметра р:

 

66

Этот параметр удобен тем, что в пределах приземного слоя не зависит от уровня измерений.

В ряде случаев для определения характера устойчивости слоя, выходящего за пределы приземного, пользуются аналогичными характеристиками, рассчитанными по разностям в более высоком

слое (условно назовем их высотными).

Здесь

можно

отметить

параметр

 

 

 

 

 

 

 

 

которым пользовался

П. А. Воронцов

(1960),

и

параметр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.14)

использованный в работе

(А. К. Александрова

и др., 1963). В обо­

их случаях разность

температур определялась

на уровнях

100 и

2 м, скорость ветра

U — на уровне

100 м,

разность

скоростей

Aft U — на уровне 100 м и уровне флюгера.

неуниверсальные и

раз­

Эти параметры, как

нестандартные,

мерные, не могут быть непосредственно рекомендованы для ши­ рокого использования. Целесообразно сделать их безразмерными с помощью введения необходимых множителей и заменить обыч­

ную

температуру

потенциальной. Полученные

характеристики в

этом

случае

совпадают с (3.9) — (3.11);

однако

верхний уровень

измерений

может

оказаться вне слоя

постоянного касательного

напряжения и потока тепла. Это обстоятельство не позволяет ис­

пользовать

высотные характеристики для расчета универсальных

параметров

устойчивости

и физических характеристик

приземно­

го и пограничного слоя

атмосферы. Поскольку уровни

измерения

в разных случаях могут попадать в разные отношения к погра­

ничному

и приземному слоям, их нельзя также

унифицировать.

Тем

не менее эти характеристики устойчивости

имеют некото­

рые преимущества: они несколько менее требовательны к точно­ сти,' чувствительности и расположению аппаратуры, поскольку скорость ветра измеряется на более высоком уровне, а разности температуры — в более толстом слое, поэтому эти величины не­ сколько больше по величине и более устойчивы по отношению к кратковременным и случайным изменениям. Это особенно сказы­ вается в переходное время суток (когда начинается или разру­ шается приземная инверсия), после дождя или во время меняю­ щейся облачности (когда образуется очень невысокая и кратко­ временная инверсия), при слабых ветрах.

Внешние характеристики устойчивости, в частности S, рассчи­ тываются через скорость геострофического ветра Ug и разность

потенциальной температуры на верхней и нижней границах по­ граничного слоя. Для определения параметра ц через 5 может быть использована номограмма (Зилнтинкевич, 1970).

3.1.2. Способы определения устойчивости атмосферы

 

 

по результатам

сетевых

измерений

 

 

Любой

из перечисленных

параметров

устойчивости

является

комбинацией термического и динамического факторов —

турбу­

лентного

потока тепла

(или же градиента температуры)

и

каса­

тельного

напряжения

(или скорости ветра). При не очень

высо­

ких требованиях точности оценку устойчивости нижней части по­

граничного

слоя можно

проводить по данным наземной сетевой

метеостанции. Для

этой

цели

служат

таблицы, разработанные

Паскуилом

(1961),

Тернером (1961) и Улигом 11965].

 

В

табл. 3.1—3.3 представлены

исходные данные

и необходи-

мы)е

операции для

определения

класса

устойчивости

по способу

Паскуила-Тернера . (ПТ). Номер инсолящ-юнного класса п опре­

деляется по высоте солнца

(табл.

3.1) и исправляется на

облач­

ность (табл.

3.2). Табл.

3.3

дает

возможность

определить

класс

устойчивости

по номеру

радиационного индекса

и скорости

ветра

на флюгере.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.1

Определение класса устойчивости по Паскуилу-Тернеру (ПТ)

 

 

Определение

номера инсоляционного класса п

 

Высота, солн­

Инсоляция

ца, град

 

>60

Сильная

35-60

Умеренная

п

со р.-

Высота солн­

Инсоляция

«

ца, град

 

 

15-35

Небольшая

2

<15

Слабая

1

Таблица 3.2

Определение класса устойчивости по ПТ Определение номера радиационного индекса '

Время суток

Облачное покры­

Высота облаков,

Номер

радиацион­

тие

неба (в долях)

 

ного

индекса

 

 

Ночь и день

 

1,0

<2000

 

0

Ночь

 

<0,4

Любая

- 2

»

 

>0,4

и

- 1

День

 

<0,5

<2000

 

п

 

 

>0,5

/2—2*)

 

 

>0,5

2000=5000

л - 2*)

 

 

1,0

>2000

/2-1*)

* Если номер радиационного индекса окажется менее еди­

ницы, то берется

единица.

 

•

'

Входные данные для определения класса устойчивости по спо­ собу Улига (У) приведены в табл. 3.4. Индекс солнечной радиа­ ции в этом случае определяется по количеству солнечной энергии, поступающей на горизонтальную площадку при ясном небе и не­ замутненной атмосфере, в следующих градациях (указаны верх­ ние значения, нижние соответствуют верхним соседнего индекса слева, для индекса 0 нижнее значение равно нулю):

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.3

 

Определение класса

устойчивости

по ПТ

 

 

 

 

 

Номер радиационного

индекса

 

 

Скорость

 

 

 

 

 

 

 

ветра, м/с

4

3

2

1

0

-1

- 2

 

0 - 1,0

1

1

2

3

4

6

7

1,0-1,5

1

2

2

3

4

6

7

1,5-2,5

1

2

3

4

4

О

6

2,5-3,0

2

2

3

4

4

5

6

3,0—3,5

2

2

3

4

4

4

5

3,5 - 4,5

2

3

3

4

4

4

5

4,5-5,0

3

3

4

4

4

4

5

5,0-6,0

3

3

4

4

4

4

4

>6,0

3

4

4

4

4

4

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.4

 

 

Определение

класса устойчивости по Улигу (У)

 

 

Скорость

ветра

 

 

Исправленный

индекс солнечной радиации

 

м/с

узлы

- 3

- 2

-1

0

 

1

2

3

4

5

6

0-1

0 -

2

I

I

II

IV

 

V

V

VI

VI

VII

VII

1,5-2

3 -

4

1

11

111

IV

 

V

V

V

VI

VI

VII

2,5—3

5 -

6

11

111

111

IV

 

V

V

V

VI

VI

VI

3,5 - 4

7—

8

11

ш

III

IV

IV

V

V

V

VI

VI

4,6-5,1

9—10

III

III

IV

IV

IV

IV

V

V

V

VI

5,6-6,1

11-12

III

IV

IV

IV

IV

IV

IV

V

V

V

6,7-7,2

13-14

III

IV

IV

IV

IV

IV

IV

IV

V

V

>7,2

14

 

IV

IV

IV

IV

IV

IV

IV

IV

IV

IV

 

Индекс . .

 

0

 

1

2

3 4

5

6

 

 

Солнечная

радиация,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10-3 кал/см2 мин

. . 50 225 400 575 750 925 >925

 

Для ночного времени введены отрицательные

индексы: — 1

для сроков от 0 до 2 ч после захода

солнца, — 2 от 2 до 7 ч после

захода

и,— 3 для сроков более чем 7 ч после захода

солнца. Та­

ким .образом,

здесь, в отличие от способа

ПТ, учитывается

усиле­

ние ночной

инверсии с течением

времени,

в то время

как солнеч-

69

Смотрите также файлы