Том 37, номер 03, статья № 9

Аннотация:

Основой для оценок характеристик турбулентности с использованием первичных выходных данных акустических метеостанций в настоящее время является классическая модель однородной и изотропной турбулентности Колмогорова–Обухова со степенной структурной функцией с показателем 2/3. Температурные флуктуации в атмосфере не всегда соответствуют этой модели. Для описания неколмогоровской турбулентности представлен подход, основанный на использовании обобщенной степенной модели с показателем степени, структурной характеристикой и внешним масштабом, оцениваемыми непосредственно по измеренным временным рядам мгновенных значений регистрируемых метеопараметров. Предложены критерии применимости рассмотренной модели для оценки характеристик реальной атмосферной турбулентности. Полученные результаты будут полезны для исследований атмосферы на основе первичных выходных данных акустических измерений, содержащих массивы мгновенных значений температуры и трех ортогональных компонент скорости ветра.

Ключевые слова:

неколмогоровская турбулентность, энергетический спектр, структурная постоянная, внешний масштаб, акустическая метеостанция

Список литературы:

1. Тихомиров А.А. Ультразвуковые анемометры и термометры для измерения пульсаций скорости и температуры воздушных потоков. Обзор // Оптика атмосф. и океана. 2010. Т. 23, № 7. С. 585–600.
2. Азбукин А.А., Богушевич А.Я., Ильичевский В.С. Корольков В.А., Тихомиров А.А., Щелевой В.Д. Автоматизированный ультразвуковой метеорологический ком­плекс АМК­03 // Метеорол. и гидрол. 2006. № 11. С. 89–98.
3. Патрушев Г.Я., Ростов А.П., Иванов А.П. Автоматизированный ультразвуковой анемометр-термометр для измерения турбулентных характеристик в приземном слое атмосферы // Оптика атмосф. и океана. 1994. Т. 7, № 11–12. С. 1636–1638.
4. Афанасьев А.Л., Банах В.А., Ростов А.П. Пространственно-временная статистика мелкомасштабной турбулентности приземного слоя атмосферы по резуль­татам измерений с помощью массива ультразвуковых датчиков // Оптика атмосф. и океана. 1999. Т. 12, № 8. С. 701–707.
5. Zhou X., Gao T., Takle E.S., Zhen X., Suyker A.E., Awada T., Okalebo J., Zhu J. Air temperature equation derived from sonic temperature and water vapor mixing ratio for turbulent airflow sampled through closed-path eddy-covariance flux systems // Atmos. Meas. Tech. 2022. V. 15. P. 95–115.
6. Mauder M., Zeeman M.J. Field intercomparison of prevailing sonic anemometers // Atmos. Meas. Tech. 2018. V. 11. P. 249–263.
7. Винниченко Н.К., Пинус Н.З., Шметер С.М., Шур Г.Н. Турбулентность в свободной атмосфере. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 286 c.
8. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. М.: Наука, 1967. 548 с.
9. Glegg S., Devenport W. Aeroacoustics of Low Mach Number Flows: Fundamentals, Analysis, and Measurement. Oxford: Academic Press, 2017. 537 p.
10. Zilitinkevich S., Kadantsev E., Repina I., Mortikov E., Glazunov A. Order out of chaos: Shifting paradigm of convective turbulence // J. Atmos. Sci. 2021. V. 78. P. 3925–3932.
11. Banerjee T., Katul G.G., Salesky S.T., Chamecki M. Revisiting the formulations for the longitudinal velocity variance in the unstable atmospheric surface layer // Q. J. R. Meteorol. Soc. 2014. V. 141, N 690. P. 1699–1711.
12. Носов В.В., Ковадло П.Г., Лукин В.П., Торгаев А.В. Атмосферная когерентная турбулентность // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 9. С. 753–759; Nosov V.V., Kovadlo P.G., Lukin V.P., Torgaev A.V. Atmospheric coherent turbulence // Atmos. Ocean. Opt. 2013. V. 26, N 3. P. 201–206.
13. Носов В.В., Лукин В.П., Ковадло П.Г., Носов Е.В., Торгаев А.В. Оптические свойства турбулентности в горном пограничном слое атмосферы. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2016. 153 с.
14. Li Y., Zhu W., Wu X., Rao R. Equivalent refractive-index structure constant of non-Kolmogorov turbulence // Opt. Express. 2015. V. 23, N 18. P. 23004–23012.
15. Baykal Y., Gerçekcioğlu H. Equivalence of structure constants in non-Kolmogorov and Kolmogorov spectra // Opt. Lett. 2011. V. 36, N 23. P. 4554–4556.
16. Chao Z. A novel idea: Calculating anisotropic turbulence only by Kolmogorov structure constant C_n² and power law a // Results Phys. 2020. V. 19, N 2. P. 103483-1–103483-4.
17. Barrett E.W., Suomi V.E. Preliminary report on temperature measurement by sonic means // J. Atmos. Sci. 1949. V. 6. P. 273–276.
18. Kaimal J.C., Gaynor J.E. Another look at sonic thermometry // Bound. Lay. Meteorol. 1991. V. 56. P. 410–418.
19. Loescher H.W., Ocheltree T., Tanner B., Swiatek E., Dano B., Wong J., Zimmerman G., Campbell J., Stock C., Jacobsen L., Shiga Y., Kollasi J., Liburdy J. Law B.E. Comparison of temperature and wind statistics in contrasting environments among different sonic anemometer–thermometers // Agric. For. Meteorol. 2005. V. 133. P. 119–139.
20. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах. Т. 2. Многократное рассеяние, турбулентность, шероховатые поверхности и дистанционное зондирование. М.: Мир., 1981. 317 с.
21. Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. М.: Мир, 1989. 540 с.