Том 33, номер 10, статья № 6

Аннотация:

Проведен анализ высоты области интенсивного турбулентного теплообмена в пограничном слое атмосферы на основе экспериментальных данных, полученных с помощью акустических метеорологических локаторов (содаров), температурных профилемеров и ультразвуковых анемометров-термометров. Основная цель работы заключается в изучении турбулентного теплообмена в условиях температурных инверсий зимой. Рассматривались результаты, полученные на территории с естественным ландшафтом и на урбанизированной территории в январе - феврале 2020 г. В первой части статьи изложены методика получения экспериментальных данных, статистика температурных инверсий в пограничном слое и высот слоя интенсивного турбулентного теплообмена.

Ключевые слова:

инверсия температуры, пограничный слой атмосферы, содар, температурный профилемер, турбулентный теплообмен, ультразвуковой анемометр-термометр

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Зилитинкевич С.С., Тюряков С.А., Троицкая Ю.И., Мареев Е.А. Теоретические модели высоты пограничного слоя атмосферы и турбулентного вовлечения на его верхней границе // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2012. Т. 48, № 1. С. 150–160.
2. Dai C., Wang Q., Kalogiros J.A., Lenschow D.H., Gao Z., Zhou M. Determining boundary-layer height from aircraft measurements // Bound.-Lay. Meteorol. 2014. V. 152, N 3. P. 277–302.
3. Kurbatskii A.F., Kurbatskaya L.I. Investigation of a stable boundary layer using an explicit algebraic model of turbulence // Thermophys. Aeromechanics. 2019. V. 26, N 3. P. 335–350.
4. Holdsworth A.M., Monahan A.H. Turbulent collapse and recover in the stable boundary layer using an idealized model of pressure-driven flow with a surface energy budget // J. Atmos. Sci. 2019. V. 76, N 5. P. 1307–1327.
5. Шиховцев А.Ю., Киселев А.В., Ковадло П.Г., Колобов Д.Ю., Лукин В.П., Томин В.Е. Метод определения высот турбулентных слоев в атмосфере // Оптика атмосф. и океана. 2019. Т. 32, № 12. С. 994–1000; Shikhovtsev A.Yu., Kiselev A.V., Kovadlo P.G., Kolobov D.Yu., Lukin V.P., Tomin V.E. Method for estimating the altitudes of atmospheric layers with strong turbulence // Atmos. Ocean. Opt. 2020. V. 33, N 3. P. 295–301.
6. Шиховцев А.Ю., Ковадло П.Г., Больбасова Л.А., Лукин В.П. Особенности формирования наклонов волнового фронта на апертуре телескопа при различных вертикальных профилях оптической атмосферной турбулентности // Оптика атмосф. и океана. 2019. Т. 32, № 10. С. 819–823; Shikhovtsev A.Yu., Kovadlo P.G., Bol’basova L.A., Lukin V.P. Features of the formation of wavefront slopes on the telescope aperture at different vertical profiles of optical atmospheric turbulence // Atmos. Ocean. Opt. 2020. V. 33, N 2. P. 141–145.
7. Аксенов В.П., Дудоров В.В., Колосов В.В. Атмосферная сингулярная оптика: от дислокаций волнового фронта до синтеза вихревых лазерных пучков // Оптика атмосферы и океана. 2019. Т. 32, № 9. С. 792–798; Aksenov V.P., Dudorov V.V., Kolosov V.V. Singular atmospheric optics: From wavefront dislocations to synthesis of vortex laser beams // Atmos. Ocean. Opt. 2020. V. 33, N 1. P. 109–115.
8. Odintsov S.L., Gladkikh V.A., Kamardin A.P., Nevzorova I.V. Determination of the structure characteristic of refractive index of optical waves in the atmospheric boundary layer with remote acoustic sounding facilities // Atmos. 2019. V. 10, iss. 11 (711).
9. Casasanta G., Pietroni I., Petenko I., Argentini S. Observed and modelled convective mixing-layer height at Dome C, Antarctica // Bound.-Lay. Meteorol. 2014. V. 151, N 3. P. 597–609.
10. Petenko I., Argentini S., Casasanta G., Genthon C., Kallistratova M. Stable surface-based turbulent layer during the polar winter at Dome C, Antarctica: Sodar and in situ observations // Bound.-Lay. Meteorol. 2019. V. 171, N 1. P. 101–128.
11. Van der Linden S.J.A., Edwards J.M., Van Heerwaarden Ch.C., Vignon E., Genthon C., Petenko I., Baas P., Jonker H.J.J., Van de Wiel B.J.H. Large-eddy simulations of the steady wintertime Antarctic boundary layer // Bound.-Lay. Meteorol. 2019. V. 173, N 2. P. 165–192.
12. Kokkalis P., Alexiou D., Papayannis A., Rocadenbosch F., Soupiona O., Raptis P.-I., Mylonaki M., Tzanis C.G., Christodoulakis J. Application and testing of the Extended–Kalman–Filtering technique for determining the planetary boundary-layer height over Athens, Greece // Bound.-Lay. Meteorol. 2020. V. 176, N 1. P. 125–147.
13. Коханенко Г.П., Балин Ю.С., Клемашева М.Г., Пеннер И.Э., Самойлова С.В., Терпугова С.А., Банах В.А., Смалихо И.Н., Фалиц А.В., Рассказчикова Т.М., Антохин П.Н., Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Белан С.Б. Структура аэрозольных полей пограничного слоя атмосферы по данным аэрозольного и доплеровского лидаров в период прохождения атмосферных фронтов // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 8. С. 679–688; Kokhanenko G.P., Balin Yu.S., Klemasheva M.G., Penner I.E., Samoilova S.V., Terpugova S.A., Banakh V.A., Smalikho I.N., Falits A.V., Rasskazchikova T.M., Antokhin P.N., Arshinov M.Yu., Belan B.D., Belan S.B. Structure of aerosol fields of the atmospheric boundary layer according to aerosol and doppler lidar data during passage of atmospheric fronts // Atmos. Ocean. Opt. 2017. V. 30, N 1. P. 18–32.
14. Huang M., Gao Z., Miao S., Chen F., LeMone M.A., Li J., Hu F., Wang L. Estimate of boundary-layer depth over Beijing, China, using doppler lidar data during SURF-2015 // Bound.-Lay. Meteorol. 2017. V. 162, N 3. P. 503–522.
15. Камардин А.П., Коханенко Г.П., Невзорова И.В., Пеннер И.Э. Совместные исследования структуры пограничного слоя атмосферы на основе лидарных и содарных измерений // Оптика атмосф. и океана. 2011. Т. 24, № 6. С. 534–537.
16. Hemingway B.L., Frazier A.E., Elbing B.R., Jacob J.D. High-resolution estimation and spatial interpolation of temperature structure in the atmospheric boundary layer using a small unmanned aircraft system // Bound.-Lay. Meteorol. 2020. V. 175, N 3. P. 397–416.
17. Baserud L., Reuder J., Jonassen M.O., Bonin T.A., Chilson P.B., Jiménez M.A., Durand P. Potential and limitations in estimating sensible-heat-flux profiles from consecutive temperature profiles using remotely-piloted aircraft systems // Bound.-Lay. Meteorol. 2020. V. 174, N 1. P. 145–177.
18. Balsley B.B., Lawrence D.A., Fritts D.C., Wang L., Wan K., Werne J. Fine structure, instabilities, and turbulence in the lower atmosphere: High-resolution in situ slant-path measurements with the DataHawk UAV and comparisons with numerical modeling // J. Atmos. Ocean. Technol. 2018. V. 35, N 3. P. 619–642.
19. Danchovski V. Summertime urban mixing layer height over Sofia, Bulgaria // Atmos. 2019. V. 10, iss. 1 (36).
20. Камардин А.П., Гладких В.А., Одинцов С.Л., Федоров В.А. Метеорологический акустический доплеровский локатор (содар) «Волна-4М-СТ» // Приборы. 2017. № 4 (202). С. 37–44.
21. Кадыгров Е.Н., Кузнецова И.Н. Методические рекомендации по использованию данных дистанционных измерений профилей температуры в пограничном слое микроволновыми профилемерами: теория и практика. Долгопрудный: Физматкнига, 2015. 171 с.
22. Кадыгров Е.Н. Микроволновая радиометрия атмосферного пограничного слоя – метод, аппаратура, результаты измерений // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т. 22, № 7. С. 697–704.
23. Гладких В.А., Макиенко А.Э. Цифровая ультразвуковая метеостанция // Приборы. 2009. № 7. С. 21–25.
24. Камардин А.П., Одинцов С.Л. Высотные профили структурной характеристики температуры воздуха в пограничном слое атмосферы по содарным измерениям // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 8. С. 709–714; Kamardin A.P., Odintsov S.L. Height profiles of the structure characteristic of air temperature in the atmospheric boundary layer from sodar measurements // Atmos. Ocean. Opt. 2017. V. 30, N 1. P. 33–38.
25. Одинцов С.Л., Гладких В.А., Камардин А.П., Невзорова И.В. Использование результатов акустической диагностики пограничного слоя атмосферы для оценки влияния турбулентности на характеристики лазерного пучка // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 12. С. 1008–1016; Odintsov S.L., Gladkikh V.A., Kamardin A.P., Mamyshev V.P., Nevzorova I.V. Results of acoustic diagnostics of atmospheric boundary layer in estimation of the turbulence effect on laser beam parameters // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31, N 6. P. 553–563.
26. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. М.: Наука, 1967. 548 с.
27. Гладких В.А., Невзорова И.В., Одинцов С.Л. Статистика внешних масштабов турбулентности в приземном слое атмосферы // Оптика атмосф. и океана. 2019. Т. 32, № 3. С. 212–220; Gladkikh V.A., Nevzorova I.V., Odintsov S.L. Statistics of outer turbulence scales in the surface air layer // Atmos. Ocean. Opt. 2019. V. 32, N 4. P. 450–458.
28. Одинцов С.Л., Гладких В.А., Камардин А.П., Мамышев В.П., Невзорова И.В. Оценки показателя преломления и регулярной рефракции оптических волн в пограничном слое атмосферы. Часть 1. Показатель преломления // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 10. С. 821–828. Odintsov S.L., Gladkikh V.A., Kamardin A.P., Mamyshev V.P., Nevzorova I.V. Estimates of the refractive index and regular refraction of optical waves in the atmospheric boundary layer: Part 1, Refractive index // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31, N 5. P. 437–444.