Р. Скорер - Аэрогидродинамика окружающей среды (1115254), страница 70
Текст из файла (страница 70)
9.8.6. Движение воздуха (слева) и его стратификации (справа) в долине, где анабатические ветры дуют по склону вверх. 5 обозначает гранину снежного покрова, выше которой нвеетсп узкий слой холодного возлуха и возыожев катабаткческнй петер. катабатическое (нисходящее) движение. Дымка, возникшая в долине, движется вверх по ложбине и растекается в страти- Рис. 9.8.7. Ветры, дующие вверх по склону и подпитывающне нучевое облако, нахадищееси над верщиноя горы, где воздущвак масса сгратнфицирована слабо устойчиво. фицированной воздушной массе на различных уровнях в соответствии со стратификацией (рис. 9.8.6). Хорошо очерченная поверхность дымки образуется на верхней границе восходящего ветра, которая часто является общим уровнем вершин гор. Когда сильная стратификация над вершинами гор отсутст- вует, анабатическое течение подпитывает кучевые облака, ГЛАВА 9 Рнс.
9.8.8. Кунсвос облако, выросшее на анабатнчссного ветра нал горой в Челна. Воалта в лсанна устоаакао стрвтньггннронан. Спнмок слован М. Кстловскнм с горы Мгыесовка. имеющиеся над этими всршипами (рис. 9.8.7 и 9.8.8). (Детально эти вопросы рассмотрены в книгах автора С!опбз о1 1йе 'экоГЫ и А1г РоИп1юп.) Наиболее отважные планеристы, готовые летать вблизи горных склонов, могут искусно парить в анабатических ветрах. 9.8.6. Эффекты механического перемешиваиия. Феи В потоке воздуха иад сильно шероховатой поверхностью происходит механическое перемешивапис, и слой смешения приобретает равномерную потенциальную температуру. Если этот слой первоначально имел устойчивую стратификацию, то происходит охлаждение верхней и нагрев его нижней части.
Этим иногда можно объяснить, почему температура воздуха у поверхности Земли с подветренной стороны крупных естественных препятствий выше, чем с наветренной (эффект фена), в особенности если поверхность достаточно шероховата, чтобы перемешивание происходило в слое толщиной несколько сот 385 сВОБОднАя коиВекция В сухой АтмосФеее метров. При этом образуется инверсия на верхней границе слоя смешения, которая становится верхней границей зоны конвекции с подветренной стороны.
Инверсия может быть усилена наличием облаков, возникающих на уровне максимального охлаждения; эти облака излучают тепло в пространство в длинноволповом диапазоне, вследствие чего охлажда|отся, создавая в слое нисходящую конвекцию и ускоренное охлаждение. Иногда при этом образуется смог. Более подробное описание этого вопроса содержится в книге автора А1г Ро!1В11оп. 9.9.
Фронты морских бризов Морские бризы — это общее место в элементарной географии и в жизни обитателей побережья. В течение многих лет на них ссылаются также как на причину изменения характеристик воздупшых масс днем или вечером в удаленных от побережья областях, куда бризы иногда проникают. То, что опи появляются с резким падением температуры, было известно давно, но, поскольку знания структуры верхних слоев атмосферы были недостаточными, не думали, что это происходит благодаря бризам.
Когда воздух над сушей вследствие утренней конвекции нагревается, иронпкновснве морского воздуха во внутренние области суши приводит к скачку температуры там, где теплый воздух встречается с холодным. Наличие скачка усложняет расчеты на ЭВМ из-за применения конечно-разностной аппроксимации.
Было предпринято несколько попыток аналитического представления установившегося состояния, достигаемого асимптотически спустя длительное время. Из-за того что перемсшивапие на границе похоже на перемешиванис в верхней части термика, поскольку выдвинутые вперед зоны вторгающегося воздуха захватывают воздух пз окружения, для описания рассматриваемого явления целесообразно использовать основные параметры, характеризующие термики. Пусть В=Ар/р — плавучесть перемещающегося воздуха, а И вЂ” высота, которой достигнет фронтальная поверхность этого воздуха перед тем, как этот объем погрузится обратно в нижний слой грие.
9.9,1). Тогда )У, скорость перемещения фронта относительно окружа~ощего воздуха, будет зависеть от параметров В и д следующим образом: 1 =С~дВ/)", 19.9.1) где в грубом приближении С=э/а. Скорость у' определяется как 1/ + 1/„т. е. как сумма скоростей, с которыми сближаются теплый и холодный воздух. Соотношение (9.9.1) получено по 386 данным лабораторных экспериментов и фронтов морского бриза в атмосфере, наблюдавшихся главным образом Симпсоном (Симпсон, 1969, !972, 1977) вблизи Лашема с использованием планера. Холодный воздух, имеющий более высокую влажность, часто легко наблюдается благодаря большой затуманенности.
Область максимума восходящего потока со скоростями порядка 0,7)У в атмосфере оказывается неожиданно узкой, вследствие чего планер часто может подниматься только над Выдагтнудг аперед ааыы Рис. 9.9Л. Схематическое представление фронта морского бриза. Смспгснпс происходит па фронта, гдс таплый воздух увлекается вылвггиутыин вперед зонами, и у верхней грапикы, гда вохинкают валы Максимальная скорость восходяптсго потока порядка 0.71т полосой шириной 100 м.
Это может быть обьяспено наличием нерегулярных возмущений в перемещагощемся фронте, где грибовидные выступающие зоны холодного воздуха захватывают теплый воздух. Воздух в слое смешения обладает плавучестью относительно холодного воздуха. В модельных экспериментах зона смешения, будучи освещенной щелевым источником света, выглядит, если рассматривать ее в вертикальной плоскости движения, как зона облачных валов на границе с длиной волны, незначительно превосходящей Ы. Валы перемещаются от головной части потока. На рис.
9.9.2 показан модельный эксперимент для этого явления. Морские бризы, наблюдавшиеся Симпсоном, обычно имели величину с), равную — 700 м; разность плотностей Лр соответствовала разности температур в 1'С, а скорости составлялн -3 мггс. Бризы на суше, вызывагощие охлаждение воздуха ночью, много уже, подобно катабатическпм (нисходящим) ветрам, поскольку ночное выхолаживание действует по высоте СВОБОЛИЛЯ КОНВЕКИИЯ В СУХОЙ ЛТМОСФЕРЕ Рис.
9.9ЛЕ Модельный эксперимент Г. О. Ануара. н отличие от знсиернчситон симпсона ойсй! нигкап падбелениаи жидкость лннзкетсп вполь свободной поисркностн воды в резервуаре. Прсдставлеим виды сбоку и сперели. Иа-за отсутстви» тренин иа гранино завихрение меньше. чем в случае тверлой гранины (Симпсон, (йтйь На обоик снимках можно видеть отражение от свободной попс(жности. (Фотосггимои любезно прелсстаннен нудгаипсз пезеатсь ьаьога(огуз только в пределах нескольких метров, если нет сильного ветра. Когда есть заметный ветер, бриз над сушей производит незначительный эффект. Однако бризы над сушей могут вызывать важные последствия, например перемещая полосы тумана от побережья.
Обычно они возникают ранним утром, втягиваются на сушу и испаряются в течение первой половины дня. Это— обычное явление на западных побережьях Средиземного моря, в частности вблизи Гибралтара. Похожие потоки возникают, когда снежные лавины, полнимая снег с поверхности, охлаждают воздух. Поток воздуха, выходящий из зоны ливня, также имеет отчетливо выраженные фронты; наиболее впечатляющее зрелище такого рода дают ГЛАВА 9 звв самумы, наблюдающиеся в Судане.
Ливни, порождающие эти самумы, происходят на расстоянии, может быть, 100 миль; об этих ливнях могут и не подозревать те, кто попал в самум. Воздушные массы проходят через фронт морского бриза в течение малой доли суток, а восходящие потоки имеют скорость 3 м/с и выше. Следовательно, силы Кориолиса не имеют особого влияния на детали этого процесса.
Однако направление движения воздуха на побережье заметно меняется после нескольких часов действия морского бриза. Поэтому формула (4.8.3) для наклона фронта здесь неприменима. Из-за движения холодного воздуха наклон равен не 60', как следует из рис. 2.4.2, а. Наблюдается различных размеров выступающая зона, которую можно объяснить вязким сопротивлением нижней границы. 9.10. Скос потока и ипверсиониый след самолета При полете самолета возникает скошенный нисходящий поток, который создает два противоположно направленных перемещающихся вихря одинаковой интенсивности. В левой части рис.
9.10.1 показаны линии тока этого движения в системе координат, связанной с неподвижной средой. В правой части этого рисунка движение изображено в системе координат, связанной с вихрями, Из правой части рисунка видно, что вокруг вихря возникает циркуляционная зона, воздух в которой циркулирует относительно вихрей и опускается вместе с ним. Окружающая среда обтекает этот объем, как если бы он был твердым телом. В безразлично стратифицированной атмосфере вихри могут опускаться до земли. Здесь они попадают под влияние генерируемых пми сопряженных вихрей, которые вынуждают их двигаться раздельно вблизи земной поверхности. Но обычно еще до этого вихри разрушаются под действием внешней турбулентности и собственной нестабильности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
