Planetáris határréteg

A bolygó határréteg (" atmoszférikus határréteg ", "súrlódási réteg") a bolygó gáznemű burokának alsó rétege , amelynek tulajdonságait és dinamikáját nagymértékben meghatározza a bolygó szilárd (vagy folyékony) felületével való kölcsönhatás. úgynevezett " mögöttes felület ").

A molekuláris kölcsönhatás, a viszkozitás hatására a gáz „ragad” ahhoz a felülethez, amelyen mozog. Emiatt a levegő áramlási sebességének nagy gradiense közvetlenül a bolygó felszínén következik be . Az atmoszférában zajló hidrodinamikai folyamatok jelentős skálája miatt a Reynolds-szám jelentősen meghaladja a kritikus értéket, amelynél az áramlás elveszti lamináris jellegét és turbulenssé válik . A légkör határrétegének vastagsága függ a határréteg feletti "szabad légkörben" az átlagos áramlási sebességtől, az alatta lévő felület érdességétől, valamint ennek a rétegnek a termikus heterogenitásától (rétegzettségétől). A légköri határréteg a troposzférának az a része, amely napi változásoknak van kitéve. Normál körülmények között a bolygón a határréteg vastagsága megközelítőleg 1-3 km.

A bolygó határrétegének tulajdonságai nagymértékben meghatározzák a vertikális turbulens hő-, nedvesség- és impulzusáramlásokat, valamint a lokális függőleges rendezett áramlatokat ( konvektív jelenségek , orográfiai hatások), amelyek következtében a légkör dinamikus és termikus kölcsönhatása az alatta lévő felülettel. végrehajtásra került.

A légkör határrétegében végbemenő fizikai folyamatok a dinamikus meteorológia külön fejezetének tárgyát képezik . Az óceán felső rétege egyben határréteg is. A légkör és az óceán kölcsönhatása ezek határrétegeiben összpontosul.

A bolygó határrétegében viszont három réteget különböztetünk meg:

Roughness Layer

A levegő viszkozitásának a határréteg dinamikájára gyakorolt ​​hatása alapvetően az alatta lévő felület érdességétől függ. A domborzati egyenetlenségek effektív magasságának integrálkarakterisztikája, amely befolyásolja az áramlást rajta, a "z 0 érdesség paraméter ". Problémák vannak a turbulens áramlás dinamikájának matematikai modellezésével azon a rétegen belül, amelyben a domborzati elemek találhatók - az „érdesség réteg”. Ilyen feladatok közé tartozik az áramlás modellezése a növénytakarón belül, a városi területen belül, a légkör és az óceán közötti átmeneti hullámrétegben. Az ilyen problémáknál az áramlás határát jelentő felület alakja véletlenszerű és mozgó is. A matematikai fizika szempontjából sztochasztikus peremfeltétel mellett egy differenciálegyenlet-rendszerre kell megoldást találni. Egy ilyen probléma megoldásának megközelítését számos cikk javasolta [1] [2] [3] [4] .

Felületi réteg

A légkör határrétegének alsó, 50-100 m vastag részét a „légkör felszíni rétegének” nevezik. Ebben a rétegben stacionárius körülmények között egyensúly van a barikus gradiens ereje és a turbulens súrlódási erő között, a függőleges turbulens hő- és mennyiségi áramlások magassága megközelítőleg állandó. Ebben a közelítésben a hidrodinamikai egyenletek egy egyszerű megoldásra redukálhatók, ebből indult ki a légköri határréteg elmélete. A légkör felszíni rétegében a hőmérséklet, a szélirány és a sebesség ( szélnyírás ) függőleges gradienseinek legmagasabb értékei figyelhetők meg.

Ekman réteg

Az alatta lévő felülettől való távolság növekedésével a súrlódási erő szerepe csökken, a szélsebesség a magassággal gyorsan növekszik, a hozzá kapcsolódó Coriolis-erő pedig fokozza befolyását. Három erő (súrlódási erő, Coriolis-erő és barikus gradienserő) együttes hatása következtében a szél spirálisan, magassággal ~20°-40°-os szögben fordul a geosztrofikus szél irányába . A szél fordulatát a légköri határréteg magasságával "Ekman-spirálnak" nevezik . Ez a hatás egyértelműen megnyilvánul a jégsodródás irányának a geosztrófikus szélsebesség vektorától való eltérésében, amelyet először Fridtjof Nansen fedezett fel az 1893-1896-os sarki expedíció során. a Fram fedélzetén. A jelenség elméletét Wagn Walfried Ekman ismertette 1905-ben, akiről a légkör ezen részét „Ekman-rétegnek” nevezik. Fölötte "szabad légkör".

A légköri határréteg fizikájával kapcsolatos kutatások eredményeit használják fel

• a numerikus időjárás előrejelzésben ,
• a légkör fizikai jellemzőinek meteorológiai állomásokon végzett megfigyeléseken alapuló elemzési módszereinek kidolgozásakor,
• a klimatológiában ,
• az agrometeorológiában ,
• építés alatt,
• a szélenergiában .
• a tengeri meteorológiában ,
• a repülésmeteorológiában ,
• a tüzérségben .
• a szennyeződésszórás modellezésének problémáiban [5] .
• a geoökológiában .

Lásd még

• Légköri termodinamika
• határréteg
• Fali lamináris réteg

Jegyzetek

1. ↑ Popov A. M. A légkör planetáris határrétegének modellezése az érdességrétegben // Izvesztyija AN SSSR. A légkör és az óceán fizikája. 1975. - T. 11. - 6. sz. - S. 574-581.
2. ↑ Popov A. M. A turbulens szállításról egy durva rétegben // Izvesztyija AN SSSR. A légkör és az óceán fizikája. 1976. - T. 12. - No. 10. - S. 1095-1097.
3. ↑ Popov A. M. Feltételek a határfelületen és a légkör és a tenger dinamikájának egyenleteinek lezárásának problémája // Izvesztyija AN SSSR. A légkör és az óceán fizikája. 1976. - T. 12. - 9. sz. - S. 899-905.
4. ↑ Voronov G. I., Kriegel A. M. A turbulens áramlás szerkezete a növénytakaróban // Bulletin of Agricultural Science. 1986. - 3. szám (354). - S. 131-134.
5. ↑ Berlyand M.E. A légköri diffúzió és a légkörszennyezés modern problémái. - L .: Hidrometeorológiai Kiadó, 1975. - 448 p.

Irodalom

• Gutman LN Bevezetés a mezometeorológiai folyamatok nemlineáris elméletébe. - L . : Hidrometeorológiai Könyvkiadó, 1969. - 293 p.
• Zilitinkevics S. S. A légköri határréteg dinamikája. - L .: Hidrometeorológiai Kiadó, 1970.
• Laikhtman D. L. A légkör határrétegének fizikája. - L .: Hidrometeorológiai Kiadó, 1970. - 342 p.
• Monin A.S. , Yaglom A.M. Statisztikai hidromechanika. 1. rész - M .: Nauka, 1965. - 640 p.
• Popov AM A meteorológiai jellemzők számított profiljai a légkör bolygóhatárrétegében. - L .: Leningrádi Hidrometeorológiai Intézet, 1975. - 98 p.
• Byzova NL, Ivanov VN, Garger EK Turbulencia a légköri határrétegben. - L .: Hidrometeorológiai Kiadó, 1989. - 263 p.

Szótárak és enciklopédiák	Nagy orosz Britannica (online)
Bibliográfiai katalógusokban	BNF : 11935829m J9U : 987007283989905171 LCCN : sh85016096 NKC : ph115296