Характеристики внутреннего пограничного слоя над морем при ветре с берега, имеющего горный рельеф

Ю. П. Соловьев

Морской гидрофизический институт НАН Украины, г. Севастополь

Аннотация

Целью работы было изучение структуры приводного слоя атмосферы после резкого изменения характеристик поверхности в прибрежной зоне Черного моря. Для анализа использовались данные измерений характеристик турбулентности в слое 1 – 21 м над поверхностью моря и ветровых волн на разгоне около 1 км при ветре с берега, имеющего горный рельеф. Показано, что профили средней скорости ветра и интенсивность турбулентности существенно отличаются от характеристик пограничного слоя, типичного для условий открытого моря или прибрежных зон с ровным рельефом береговой линии. Экспериментальные данные позволяют оценить развитие внутреннего пограничного слоя, адаптированного к морской поверхности. Высота этого слоя определяется точкой перегиба профиля скорости и изменяется в пределах 1/300 – 1/150 от расстояния до берега. В случае берегового бриза воздушный поток подобен струйному течению устойчиво стратифицированного холодного воздуха над теплым морем с максимумом скорости на высоте около 6 м. При умеренном и сильном ветре высота внутреннего пограничного слоя увеличивается от 2 до 6 м с ростом интенсивности турбулентности независимо от скорости ветра и локальной стратификации над морем. Полученные оценки более чем на порядок меньше традиционных представлений о высоте внутреннего пограничного слоя (~ 1/10 от разгона), основанных только на изменении шероховатости поверхности между сушей и морем.

Ключевые слова

профиль скорости ветра, уровень турбулентности, внутренний пограничный слой, прибрежная зона, натурные исследования

Для цитирования

Соловьев Ю. П. Характеристики внутреннего пограничного слоя над морем при ветре с берега, имеющего горный рельеф // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2010. № 21. С. 74–87. EDN UQZOIW.

Soloviev, Yu.P., 2010. Characteristics of the Internal Boundary Layer over Sea for Offshore Wind and Mountain Relief. Ecological Safety of Coastal and Shelf Zones and Comprehensive Use of Shelf Resources, 21, pp. 74–87 (in Russian).

Список литературы

  1. Монин А. С., Яглом А. М. Статистическая гидромеханика. Часть 1. – М.: Наука, 1965. – 639 с.
  2. Drennan W. M., Taylor P. K., Yelland M. J. Parameterizing the sea surface drag // J. Phys. Oceanogr. – 2005. – v. 35. – P. 835–848.
  3. Dyer A. J. A rewiew of flux-profile relationships // Bound.-Layer Meteorol. – 1974. – v. 7. – P. 363–372.
  4. Panchev S., Donev E., Godev N. Wind profile and vertical motions above an abrupt changes in surface roughness and temperature // Bound.-Layer Meteorol. – 1971. – v. 2. – P. 52–63.
  5. Garratt J. R. Internal boundary layer – a review // Bound.-Layer Meteorol. – 1990. – v. 50. – P. 171–203.
  6. Saveliev S., Taylor P. Internal boundary layers: I. height formulae for neutral and diabatic flows // Bound.-Layer Meteorol. – 2005. – v. 115. – P. 1–25.
  7. Peterson E. W. Modification of mean flow and turbulent energy by a change in surface roughness under conditions of neutral stability // Quart. J. Roy. Meteor. Soc. – 1969. – v. 95. – P. 561–575.
  8. Vickers D., Mahrt L. Observations of non-dimensional wind shear in the coastal zone // Quart. J. Ror. Meteor. Soc. – 1999. – v. 125. – P. 2685–2702.
  9. Le H., Moin P., Kim J. Direct numerical simulation of turbulent flow over a backward-facing step // J. Fluid Mech. – 1997. – v. 330. – P. 349–374.
  10. Reul N., Branger H., Giovanangeli J.-P. Air flow separation over unsteady breaking waves // Phys. of Fluids. – 1999. – v. 11. – P. 1959–1961.
  11. Zeman O., Jensen N. O. Modification of turbulence characteristics in flow over hills // Quart. J. Roy. Meteor. Soc. – 1987. – v. 113. – P. 55–80.
  12. Fesquet C., Dupont S., Drobinski P., Dubos T., Barthlott C. Impact of terrain heterogeneity on coherent structure properties: numerical approach // Bound.-Layer Meteor. – 2009. – v. 133. – P. 71–92.
  13. Högström U., Bergström H. Organized turbulence structures in the near-neutral atmospheric surface layer // J. Atmos. Sc. – 1996. – v. 53. – P. 2452–2464.
  14. Britter M. L., Hunt J. C. R., Mumford J. The distortion of turbulence by a circular cylinder // J. Fluid Mech. – 1979. – v. 92. – P. 269–301.
  15. Moat B. I., Yelland M. J., Pascal R. W. Quantifying the airflow distortion over merchant ships. Part 1: Validation of a CFD model // J. Atmos. Oceanic Technol. – 2006. – v. 23. – P. 341–350.
  16. Соловьев Ю. П., Коровушкин А. И., Толокнов Ю. Н. Характеристики чашечного анемометра и методика измерений скорости ветра // Морской гидрофизический журнал. – 2004. – № 3. – C. 53–66.
  17. Соловьев Ю. П., Иванов В. А. Предварительные результаты измерений атмосферной турбулентности над морем // Морской гидрофизический журнал. – 2007. – № 3. – C. 42–61.
  18. Smith S. D. Wind stress and heat flux over the ocean in gale force winds // J. Phys. Oceanogr. – 1980. – v. 10. – P. 709–726.
  19. Edson J. B., Fairall C. W. Similarity relationships in the marine atmospheric surface layer for terms in the TKE and scalar variance budgets // J. Atmos. Sci. – 1998. – v. 55. – P. 2311–2328.
  20. Wyngaard J. C., Clifford S. F. Taylor’s hypothesis and high frequency turbulence spectra // J. Atmos. Sci. – 1977. – v. 34. – P. 922–929.
  21. Kaimal J. C., Wyngaard J. C., Izumi Y., Coté O. R. Spectral characteristics of surface-layer turbulence // Quart. J. Roy. Meteor. Soc. – 1972. – v. 98. – P. 563–589.
  22. Kudryavtsev V. N., Makin V. K., Meirink J. F. Simplified model of the air flow above waves // Bound.-Layer Meteorol. – 2001. – v. 100. – P. 63–90.
  23. Smedman A., Högström U., Sahleé E., Drennan W. M., Kahma K. K., Pettersson H., Zhang F. Observational study of marine atmospheric boundary layer characteristics during swell // J. Atmos. Sci. – 2009. – v. 66. – P. 2747–2763.
  24. Mahrt L. The influence of transient flow distortion on turbulence in stable weak-wind conditions // Bound.-Layer Meteorol. – 2008. – v. 127. – P. 1–16.

Файлы

 Полный текст (русский)

Мы используем Яндекс Метрику. Подробнее.