О турбулентной спиральности в приземном слое атмосферы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Проведены синхронные измерения завихренности и скорости в пограничном слое атмосферы с помощью оригинального 3-х компонентного акустического циркулиметра, разработанного в ИФА им. А.М. Обухова в 2019–2020 гг. Измерения выполнялись в летнее время на Цимлянской научной станции (в 2021, 2022 гг.) на высотах 1.75 и 30 м. Для разных реализаций турбулентная спиральность в среднем имеет отрицательные значения, что возможно связано с наличием местных (бризовых) ветров. Наблюдаемые спектры турбулентной спиральности демонстрируют наклон, близкий к –5/3, что соответствует переносу спиральности по спектру в сторону малых масштабов (прямому каскаду). Наблюдаются также наклоны спектра –4/3, а в области низких частот – –1, связанные с конвективной составляющей, со сдвигом ветра и субмезомасштабными структурами. Вычислены компоненты турбулентного потока вихря. Значения спиральности согласуются с измеренными ранее и теоретическими оценками, полученными для нейтральных условий.

Об авторах

О. А. Соленая

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: Solenaya.Oksana@gmail.com
Россия, 119017, Москва, Пыжевский пер., 3

Е. А. Шишов

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова Российской академии наук

Email: Solenaya.Oksana@gmail.com
Россия, 119017, Москва, Пыжевский пер., 3

О. Г. Чхетиани

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова Российской академии наук; Институт космических исследований Российской академии наук

Email: Solenaya.Oksana@gmail.com
Россия, 119017, Москва, Пыжевский пер., 3; Россия, 117997, Москва, ул. Профсоюзная, д. 84/32

Г. В. Азизян

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова Российской академии наук

Email: Solenaya.Oksana@gmail.com
Россия, 119017, Москва, Пыжевский пер., 3

В. М. Копров

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова Российской академии наук

Email: Solenaya.Oksana@gmail.com
Россия, 119017, Москва, Пыжевский пер., 3

Список литературы

  1. Белян А.В., Моисеев С.С., Чхетиани О.Г. О турбулентной вязкости в спиральной турбулентности // Доклады АН. 1994. Т. 334. № 1. С. 34–36.
  2. Бовшеверов В.М., Гурвич А.С., Кочетков А.Н., Ломадзе С.А. Измерение частотного спектра мелкомасштабной циркуляции скорости в турбулентном потоке // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1971. Т. 7. № 4. С. 371–376.
  3. Копров Б.М., Калугин В.В., Тиме Н.С. Турбулентный поток вихря // Изв. АН. Физика атмосферы и океана. 1994. Т. 30. № 1. С. 13–17.
  4. Копров Б.М., Копров В.М., Пономарев В.М., Чхетиани О.Г. Измерение турбулентной спиральности и ее спектра в пограничном слое атмосферы // Доклады РАН. 2005. Т. 403. № 5. С. 627–630.
  5. Копров Б.М., Копров В.М., Курганский М.В., Чхетиани О.Г. Спиральность и потенциальный вихрь в приземной турбулентности // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2015. Т. 51. № 6. С. 637–647.
  6. Копров Б.М. Из истории исследований пограничного слоя в Институте физики атмосферы АН СССР Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2018. Т. 54. № 3. С. 330–343.
  7. Копров Б.М., Копров В.М., Соленая О.А., Чхетиани О.Г., Шишов Е.А. Методика и результаты измерений турбулентной спиральности в стратифицированном приземном слое // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2018. Т. 54. № 5. С. 525–537.
  8. Курганский М.В. Связь между спиральностью и потенциальным вихрем в сжимаемой вращающейся жидкости // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1989. Т. 25. № 12. С. 1326–1329.
  9. Курганский М.В. Введение в крупномасштабную динамику атмосферы (Адиабатические инварианты и их применение). СПб.: Гидрометеоиздат, 1993. 168 с.
  10. Курганский М.В. Спиральность в атмосферных динамических процессах // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2017. Т. 53. № 2. С. 147–163.
  11. Курганский М.В., Максименков Л.О., Хапаев А.А., Чхетиани О.Г. Вертикальный поток спиральности как индекс общей циркуляции атмосферы // Доклады РАН. 2018. Т. 479. № 4. С. 447–451.
  12. Моисеев С.С., Чхетиани О.Г. Спиральный скейлинг в турбулентности // ЖЭТФ. 1996 Т. 109(6). С. 357–370.
  13. Новиков Е.А. Поток вихря // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1972. Т. 8. № 7. С. 459–462.
  14. Обухов А.М. Структура температурного поля в турбулентном потоке // Изв. АН СССР. Сер. геогр. и геофиз. 1949. Т. 13. № 1. С. 58–69.
  15. Пономарев В.М., Чхетиани О.Г. Полуэмпирическая модель пограничного слоя атмосферы с параметризацией влияния турбулентной спиральности // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 2005. Т. 41. № 4. С. 464–480.
  16. Цванг Л.Р. Исследования атмосферной турбулентности на Цимлянской научной станции Института Физики Атмосферы АН СССР // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1985. Т. 21. № 4. С. 339–348.
  17. Чхетиани О.Г. О спиральной структуре экмановского пограничного слоя // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2001. Т. 37. № 5. С. 614–620.
  18. Чхетиани О.Г., Копров Б.М., Копров В.М. Потоки завихренности и спиральности в атмосферном пограничном слое / Сб.: “Динамика волновых и обменных процессов в атмосфере”. М.: ГЕОС. 2017. С. 39–57.
  19. Шишов Е.А., Соленая О.А., Чхетиани О.Г., Азизян Г.В., Копров В.М. Многоточечные измерения температуры и ветра в приземном слое // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2021. Т. 57. № 3. С. 286–297.
  20. Agoua W., Favier B., Delache A., Briard A., Bos W.J.T. Spontaneous generation and reversal of helicity in anisotropic turbulence // Physical Review E. 2021. V. 103. № 6. P. L061101.
  21. Ali Sk Z., Dey S. Discovery of the zeroth law of helicity spectrum in the pre–inertial range of wall Turbulence // Phys. Fluids 2022. V. 34. P. 071401.
  22. Betchov R. Semi–Isotropic Turbulence and Helicoidal Flows // Phys. Fluids. 1961. V. 4. P. 925–926.
  23. Brissaud A., Frisch U., Leorat J., Lesieur M., Mazur A. Helicity cascades in fully developed isotropic turbulence // Phys. Fluids. 1973. V. 16. P. 1363–1364.
  24. Chen Q., Chen S., Eyink G.L. The Joint Cascade of Energy and Helicity in Three–Dimensional Turbulence // Phys. Fluid. 2003. V. 15. P. 361–374
  25. Chkhetiani O.G., Gledzer E.B. Helical turbulence with small-scale energy and helicity sources and external intermediate scale noises as the origin of large scale generation // Physica A. 2017. V. 486. P. 416–433.
  26. Chkhetiani O.G., Kurgansky M.V., Vazaeva N.V. Turbulent Helicity in the Atmospheric Boundary Layer // Bound. Lay. Meteo. 2018. V. 168. № 3. P. 361–385.
  27. Etling D. Some aspects of helicity in atmospheric flows // Beitr. Phys. Atmos. 1985. V. 58. № 1. P. 88–100.
  28. Hide R. A note on helicity and potential vorticity // Geophys. Astro. Fluid. 1976. V. 7. № 1. P. 69–79.
  29. Hide R. Superhelicity, helicity and potential vorticity // Geophys. Astro. Fluid. 1989. V. 48. № 1–3. P. 69–79.
  30. Koprov B.M., Azizyan G.V., Kalugin V.V. Spectra of velocity circulation in the surface layer of the atmosphere // Bound. Layer Meteor. 1988. V. 42. № 1–2. P. 137–143.
  31. Kraichnan R.H. Helical turbulence and absolute equilibrium // J. Fluid Mech. 1973. V. 59(4) P. 745–752.
  32. Lilly D.K. The structure, energetics and propagation of rotating convective storms. Part II. Helicity and storm stabilization // J. Atmos. Sci. 1986. V. 42(2). P. 126–140.
  33. Moffatt H.K. The degree of knottedness of tangled vortex lines // J. Fluid Mech. 1969. V. 35(1). P. 117–129.
  34. Moffatt H.K. Magnetic field generation in electrically conducting fluids // Cambridge University Press. 1978. 344 p.
  35. Shukurov A., Subramanian K. Astrophysical magnetic fields: From galaxies to the early Universe. Cambridge University Press. 2021. 650 p.
  36. Tan Z, Wu R. Helicity dynamics of atmospheric flow // Adv. Atmos. Sci. 1994. V. 11(2). P. 175–188.
  37. Taylor G.I. Eddy motion in the atmosphere // Phil. Trans. Roy. Soc. A 1915. V. 215. P. 1–26.
  38. Taylor G.I. The spectrum of turbulence // Proc. Royal Soc. London. A. 1938. V. 164 (919). P. 476–490.


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».