Тема АТМОСФЕРА Развитие теоретических моделей, анализ физических механизмов, разработка и применение методов измерений и алгоритмов обработки натурных данных в целях исследования, мониторинга и прогноза состояний атмосферы

Гос. регистрация ? 0120.0 602986

Научные руководители: д.ф.-м.н. Ерохин Н.С., д.ф.-м.н.  Шарков Е.А.

1. Численное исследование нелинейной устойчивости, взаимодействия организованных структур различного масштаба, их вклада в общий энергобаланс и перенос тепла и импульса в температурно-стратифицированном турбулентном пограничном слое с учетом турбулентной спиральности, взаимодействия среднего течения с турбулентностью, переноса пыли и аэрозолей. Обработка и анализ данных измерений в атмосферном пограничном слое, полученных в ходе экспедиций 2003, 2005, 2007 годов.

Построена модель, описывающая динамику организованных вихревых структур в экмановском пограничном слое атмосферы, учитывающая влияние турбулентной спиральности. Численное моделирование в условиях, характерных для наблюдений роллов при слабоустойчивой стратификации, воспроизводит вихри с геометрическими параметрами, близкими к наблюдаемым. Полученные результаты численного моделирования хорошо согласуются с теоретическими представлениями об ослаблении энергетического каскада в сторону мелкомасштабных мод при наличии спиральности, с известными качественно фактами о преимущественном взаимодействии спиральных мод одного знака (Kraichnan 1973). Значения спиральности находятся в соответствии с оценками, следующими из результатов измерений характеристик турбулентности в пограничном слое атмосферы. Настоящая модель может быть положена в основу построения двухуровневых вихреразрешающих моделей, более точно описывающих много иерархическую вихревую организацию таких сложных систем как планетарный пограничный слой.

Одной из главных задач экспедиции 2007 года состояла в регистрации пространствено-вихревых структур в промежуточном слое 30-700 м, в которых и происходит вынос аридного аэрозоля и его дальний перенос. Получены некоторые результаты эксперимента по дистанционному зондированию атмосферного пограничного слоя (АПС) системой содаров. Система содаров, предназначенная для изучения пространственной структуры когерентных вихревых структур, состояла из трех идентичных минисодаров (несущая частота 3.8 кГц), разнесенных по углам треугольника со сторонами около 3.5 км, и одного содара (несущая частота 1.7 кГц). Определялись вертикальные профили 3-х компонент скорости ветра и характеристик температурных флуктуаций. Описана процедура идентификации вихревых когерентных структур. Приведены оценки величины вариаций вертикальной и горизонтальных компонент скорости ветра, а также вертикальных и горизонтальных и масштабов, характерных для таких структур.

На основе данных натурных измерений в прикаспийской пустыне, полученных в ходе экспедиции 2007 г. и оценок гидродинамических параметров в вязком термическом погранслое вблизи поверхности почвы получены асимптотики для массовой концентрации мелкодисперсного аэрозоля. При этом основными внешними параметрами являются разность температур δT на поверхности почвы и на некоторой высоте ( ~ 20 см) (что является хорошей оценкой падения температуры в термическом вязком погранслое, поскольку выше этого слоя изменение температуры относительно слабое) и динамическая скорость u_*, которая определяется по измеренным профилям горизонтальной скорости.