Р. Скорер - Аэрогидродинамика окружающей среды (1115254), страница 41

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 41)

5.161 Обтекание гор двумя воздушными патоками Гора 1 создает подветренные волны в двуз волдушвык потокан, причем алжира волны в одном вдвое больше, чем в другом, если за горой г расположена гора 2, то подветренные волны могут усиливаться нлн ослабевать. В данном случае амптнтуда короткнн волн удванвается, а длинные волны, наоборот, гасятея. когда он пересекает два параллельных хребта под одним углом, и не создавать волн, когда пересечение хребтов происходит под разными углами. Редкое стечение обстоятельств может привести к возникновению очень больших подветренных волн, и тогда во впадине волны возникает очень сильный ветер, хотя в целом погода может быть безветренной; может развиться также возвратное течение в случае образования вихря у поверхности земли под гребнем волны. Подобные подветренные волны срывали крыши с домов в пригороде Шеффилда, хотя многие из них спокойно простояли по 50 и более лет.

Вызвавший зто происшествие порыв ветра особенно примечателен по ГЛАВА $ той причине, что по обе стороны от него — и совсем недалеко— ветра не было, Редким стечением обстоятельств в этом случае было совпадение длины подветренных волн в воздушном потоке с расположением трех последовательных линейных препятствий. Когда ветер переносит насекомых через горный хребет, то они скорее всего опустятся в зоне затишья под гребнем подветренной волны, а не в зоне сильного ветра под впадиной, и их распределение может выглядеть подозрительно, как если бы кто-то с враждебными намерениями сбрасывал их рядами. На о-ве Мэн существует поверье, что крышу дома или сарая срывают феи, недовольные строительством на их территории. Эта теория «подтверждается» тем, что крыша после ремонта опять слетает.

На самом деле причиной является строго локализованный ветер, который нигде поблизости не ощущается. Одной из присущих подветренным волнам особенностей является то, что они сильнее проявляются по ночам. На заре небо обычно покрыто волнистыми облаками, которые днем исчезают и заменяются конвективными облаками. При заходе солнца часто опять появляются волнистые облака, Облачные валы, образование которых связано с волнистыми облаками, обнаруживают те же суточные вариации.

Наиболее сильные порывы в подветренных волнах случаются по ночам, и именно в это время «феи» срывают крыши сараев. Одним из наиболее замечательных примеров вечерних волн является происходящее в центре планерного спорта в ГрейтХаклоу близ Шеффилда (см. Роупер, 1952), недалеко от того места, где были сорваны крыши, Центр расположен на вершине второй гряды и по вечерам подвержен действию подветренных волн, Их называли вечерними термиками, так как думали, что они связаны с подъемом теплого воздуха по западному склону„ который последним обогревается лучами заходящего солнца.

На самом деле это место часто оказывается в зоне полного штиля под гребнем первой подветренной волны от гряды, расположенной вверх по потоку (рис. 5.16.2). Поэтому хотя трудно бывает поднять планер, катапультируя его с вершины хребта в движущийся вверх по склону поток, планерам, уже находящимся в воздухе на высоте нескольких сотен метров, часто бывает очень легко найти восходящую часть волны и подняться вместе с ней на болыпую высоту.

Ранее это явление объясняли реверсированием разрушения устойчивой стратификации в приземных слоях, вызываемого нагревом земли солнечным излучением в утренние часы; при этом, как предполагали, уменыпалось значение Р вблизи земли и захват волн становился невозможным. Теперь кажется более вероятным, что это результат прекращения отрыва потока от подветренной стороны препятствия.

(Изучению отрыва потока волны в стрдтиоицировдннон жидкости посвящен равд, 5.18.) Причина, по которой первое объяснение с привлечением волн вряд ли является правильным, состоит в том, что уотойчивая стратификация, создаваемая охлаждением земной поверхности, оказывает влияние только на очень тонкий слой воздуха вблизи поверхности в первые несколько 'часов после захода солнца. С другой стороны, утренний нагрев поверхности может изменить стратификацию на большей глубине за короткое время.

В северной Англии в долине реки Иден, где подветренные волны известны уже давно, образующееся в первой подветрен- зп парный -бан пшуаемннн непер 7, б м/с Вьнпта над сю7н е рревнна мерл, м г а б б а г Рясснншнне, км Рнс 5 152 Связь между вечерними волнами в воздушных потоках н верхней границей дымки. этот пример, заимствованные из работы Роупера овааь демонстрирует наблюдавшуюся ситуацию, когда после появления вечерних волн образовалась волна. прн котороа на вершине взороа гряды воздух был совершенно неподвижен.

«Чистая полоса» могла быть отчасти одтическоа иллюзией. так как дымка в еечернеа тени на восточном склоне колма не видна. ной волне облако по утрам йостепенно удаляется от горного хребта и наконец исчезает. Местное предание гласит, что оно никогда не пересекает реку (см. Мэнли, 1945). Таким образом, длина подветренной волны увеличивается (йе убывает), как и следует ожидать, поскольку глубина устойчивого слоя в нижней части воздушного потока убывает снизу за счет дневной конвекции и время, за которое совершается одно колебание, увеличивается. Однако, опираясь на идеи, высказанные в равд.

5.10.3, можно предположить, что так как слой с большим р утончается, то для достижения нуля на поверхности земли потребуется меньшее значение й. Это связано с увеличением кривизны профиля ь в слое с 1>й и, наоборот,с уменьшением его кривизны в слоях с 1(й. По мере утончения слоя достигается такая его толщина, при которой нулевое значение Ь на уровне земли уже невозможно, и подветренные волны исчезают. ГЛАВА 6 228 Планеристы уже в первое время использования подветренных волн для парения пришли к выводу, что максимум амплитуды подветренной волны достигается примерно на высоте верхней границы облачного слоя (если он имеется).

Очень часто верхняя граница облачного слоя является в то же время верхней границей слоя воздуха, возмущенного приземной конвекцией, а разрыв плотности (температуры), существующий в его верхней части, обусловливает возникновение волн (равд. 5.10.4). Как поясняется в гл. 11, верхушка облака обычно представляет собой уровень, с которого происходит потеря тепла путем излучения во внешнее пространство, и, следовательно, лежащий ниже слой постоянно охлаждается, за счет Рнс. ЗЛ6.3 Феноное окно. Незавнснмо от того, вндна лн попветренная волна в облаках нлн нет. нпогда в вышележащем слое воздух подннмаетсв выше уровня «онденсаПнн, тогда «а» а прнземном слое он опускается В таких стучаях с подветре~шой стороны возвышенпостн анде» небольшой клочок ясного неба Гфеновое окно) чего возникает устойчивый скачок температуры.

Так как это по сути дела тонкий слой, обладающий очень большой устойчивостью, то здесь кривизна профиля ~ весьма велика и отрицательна, и, следовательно, этот уровень почти неизбежно оказывается уровнем, на котором профиль имеет максимум. Поскольку облачный слой может быть сплошным, т. е. достаточно толстым, чтобы не рассеиваться во впадине волн, то присутствие волн не всегда заметно с земли.

Если слой воздуха, в котором образовалось облако, хорошо перемешан, то все поверхности тока имеют один и тот же уровень конденсации и облако оказывается ограниченным снизу горизонтальной плоскостью. Иногда влажный слой располагается над более сухим, и тогда па нижней части облака видны волны. В горных районах нередко наблюдают, как при стекании воздушных масс с плато слой облаков над плато исчезает, так как воздух на уровне облаков при этом также опускается. Однако столь же часто слой облаков наблюдается над низинами, а не над плато; иногда бывает даже, что в слое облаков образуется просвет, и не где-нибудь, а как раз над горным хребтом.

Это явление называется феиоеым окном (рис. 5.16.3), волны в стгхтиеициговхннои жидкости так как голубое небо видно только сквозь два или более слоев облаков в окрестности склона. Из формулы (5.13.25) для смещения линий тока вблизи хребтов следует, что фаза смещения по и меняется на противоположную с периодом 2п/1„и от этого зависит, происходит ли смещение над краем плато вверх или вниз на том уровне, где расположен облачный слой, 5.17. Захваченные волны второго рода Если на какой-то высоте скорость ветра относительно земли равна нулю, а на меньшей высоте воздушный поток взаимодействует с препятствием, то приемлемое решение волнового уравнения найти не удается, так как при нулевом иа 1» становится бесконечно большим.

Кроме того, если див/дго на этой высоте не равно нулю, то а также стремится к бесконечности. Аналитические решения уравнения (5.6.7) построены так, что по мере приближения к высоте, на которой и«=0, поверхности узлов располагаются все плотнее (Скорер, 1951), а значение ~ превышает расстояние между поверхностями узлов там, где иа близко к нулю.

Это в свою очередь означает, что в потоке появляются вихри. Единственной альтернатявой является образование структуры типа «кошачий глаз» с рядами вихрей на уровне нулевого ив и с волнами выше и ниже этого уровня (см. нижнюю схему на рис. 6.2.1). Этот вопрос рассматривали также Куинн (1955) и Жербье и Беранже (1961). Относительно того, чтб происходит в этом случае, был сделан ряд предположений. Ряд авторов, например Букер и Бретертон (1967), дали уровню нулевого иа довольно неопределенное и неспецифическое название «критический уровень». Они предполагают, что энергия любой волны, распространяющейся снизу, на этом уровне поглощается.

Характеристики

Список файлов книги