Приземный слой атмосферы

размерность и порядок величины касательных напряжений (сравнительно с давлением)
Определение динамической

скорости и назначение ее
Определение турбулентных потоков тепла и влаги, их размерность и порядок величин
Постоянство потоков и напряжений
Определение и значения высоты ПрзС при устойчивой и неустойчивой стратификации
Значения градиентов скоростей, температуры и массовой доли
Выражения для потоков в К-теории
Выражение потоков через коэффициент проводимости и сопротивления
Турбулентные числа Прандтля и Шмидта, их значения
ДОк-во теоремы Прандтля о логарифмическом профиле
Уровень шероховатости и как его вычислить
Высота вытеснения, определение назначение и значения для разных п/п
Теорема Монина-Обухова о подобии профилей в стратифицированном ПрзС
Понятие о масштаба М-О и методе его оценки
Понятие о числе Ричардсона
Связь числа Ричардсона с z/L
О практических методах оценки турбулентных потоков по градиентным наблюдениям

всего связанная с землей часть турбулентной атмосферы
Турбулентность в нем зависит

от расстояния до подстилающей поверхности
В приземном слое самые большие градиенты скорости ветра, температуры и диффундирующих субстанций, переносимых от земной поверхности.

кг м1с-2)

Турбулентные напряжения
Турбулентные напряжения или напряжения Рейнольдса –
это напряжения, вызывающие

дефоормации частиц при турбулентном движении

Они обозначаются

Касательное напряжение за счет вертикального переноса составляющей u

или скорость трения [мс-1]

эквивалент (м K с-1)
Его кинематический эквивалент (м кг с-1 кг-1)

Турбулентный поток пара (кг м-2 с-1)

строго противоположен направлению приземного ветра

Иначе: ветер и касательное напряжение

лежат на одной прямой

свободной атмосфере!

сдвиг скорости
Формула сопротивления

коэффициента теплопередачи
Градиент виртуальной потенциальной температуры
Формула теплопердачи

не равны
Для упрощения вводится их отношение
Оно называется числом Прандтля

скорости течения любой турбулентной жидкости вблизи стенки влияющими параметрами являются:

значение касательного напряжения в пристеночном слое τ,
плотность жидкости ρ,
расстояние до стенки z
(А вязкость несущественна!)

три основные величины (M,L,t ), поэтому их можно заменить на

три другие величины, например: плотность (в нее входит M), градиент скорости (в него входит t ) и высоту над стенкой Z (в нее входит L).
Тогда, по 1 теореме Бриджмена, размерность касательного напряжения в этих единицах определяется по формуле:

равно числу А с размерностью [du/dz]
ρ=B[ρ] - т.е. значение величины

плотности жидкости равно числу А с размерностью [ρ]
z=C[z] - т.е. значение величины расстояния до стенки равно числу С с размерностью [z]
τ=D[τ] - т.е. значение величины напряжения трения равно числу D с размерностью [τ]=[ρ][z]2[du/dz]2

эксперименте!
Тогда будет А=1,В=1,С=1
А значение D измениться и станет, предположим D1
Тогда

формула связи этих величин преобразуется:

м с-1.
k =0,4 – безразмерная постоянная Кармана
Теодор фон Карман

различных высотах
2) Наносим их на график в зависимости от логарифма

высоты (Следить, чтобы основание логарифмов было одинаковым!)
3) Находим регрессионную прямую и экстраполируем ее до значения скорости, равного нулю)

волнами при сильном ветре (Чарнок)
Над растительным покровом
Над городской застройкой

покрова hc,
шероховатость поверхности z0,m

ln z0,m

высота покрова hc, шероховатость поверхности z0,m

характеризующие динамику атмосферы выше вязкого подслоя:
g: gravity acceleration
T0: surface temperature
v∗:

friction velocity
q: kinematic heat flux
cp: specific heat
ρ: air density

толщину динамического подслоя, где влияние стратификации пренебрежимо мало
L пропорционально толщине,

а не равно
L помогает провести анализ размерностей для замыкания УБЭТ

Масштаб высоты приземного слоя

приземном слое атмосферы. ДАН СССР,93,№2.

которой [LT-1]
Параметр пловучести. Размерность величины gβ это [LT-2K-1].
Поток

тепла w’T’=H0/cpρ, Размерность этого потока [LT-1K].
высота рассматриваемого уровня над земной поверхностью z, размерность которой – [L].

Таким образом, задача определения формы профиля скорости ветра в стратифицированном приземном слое состоит в нахождении функциональной зависимости между пятью переменными

z в виде степенных комплексов. Функция F преобразуется к виду

В

теории Прандтля получается равенство с одной переменной (уравнение), а в теории Монина-Обухова – с двумя ( т.е. зависимость одной переменной от другой)!

были безразмерны.

сохраняются и в задаче о профиле температуры, то

Значительные усложнения

вносит необходимость учета переноса водяного пара. Но получаемая зависимость аналогична

универсальных функций
Используются значения κ =0.40, α=Prt−1=1.05
До настоящего времени значение числа

Прандтля известно не точно, а значение числа Шмидта, совсем плохо изучено.

прогнозов погоды
Значения от 1 до 10 – типичны для устойчивости.

Если меньше 0,1, то в потоке преобладает термическая конвекция. Интервал от 0,1 до 0,25 – переходный от неустойчивости к устойчивости.