Распределение по высоте коэффициента турбулентности и метеопараметров при нейтральной стратификации, и при стратификации, близкой к нейтральной

ВВЕДЕНИЕ 2
1 Различные типы стратификации атмосферы 4
2. Нейтральная (безразличная) стратификация атмосферы 10
3. Стратификация, близкая к безразличной 17
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 23
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 25

Одной из не решенных до конца проблем в физике атмосферы и океана является проблема описания турбулентности. Благодаря турбулентным процессам атмосфера и океан обмениваются количеством движения и теплотой, происходит испарение с поверхности океана и суши, вертикальный перенос тепла, влаги, солей, растворённых газов и различных загрязнений, диссипация кинетической энергии, рассеяние и флуктуации амплитуды и фазы звуковых, световых и радиоволн. Многообразие турбулентных режимов в атмосферном пограничном слое обусловлено вращением Земли, атмосферной циркуляцией и облачностью, физико-химическими трансформациями компонент атмосферного воздуха, сложным рельефом и неоднородностью свойств земной поверхности. Основные трудности задачи заключаются в определении коэффициента турбулентности, связанного с вертикальными профилями метеорологических величин сложными нелинейными зависимостями.
Среди прикладных задач изучения турбулентности можно назвать расчет рассеяния вредных веществ в атмосфере, проведение противодиффляционных мероприятий, расчет ветроэнергетического потенциала в конкретном месте и другие.
Изучение турбулентных режимов в приземном слое атмосферы требует учета наличия в атмосфере температурной стратификации, создающей систематическое изменение плотности среды с высотой.
Целью курсовой работы является анализ поведения коэффициента турбулентности и метеорологических элементов в нейтральной атмосфере и атмосфере, близкой к таковой.

В результате выполнения курсовой работы сделаны следующие выводы.
Коэффициент турбулентности зависит как от динамических факторов: изменения скорости ветра с высотой и, вблизи поверхности: от t ее шероховатости, так и от термических факторов: температурной стратификации атмосферы и горизонтальной температурной неодно-родности земной поверхности. Кроме того, в приземном слое атмосферы величина коэффициента турбулентности зависит еще от расстояния до поверхности — по мере приближения к ней коэффициент турбулентности убывает.
При равновесном состоянии приземного слоя в нем имеет место логарифмический закон возрастания ветра с высотой, т. е. скорость ветра увеличивается пропорционально логарифму высоты. Справедливость логарифмического закона вертикального распределения ветра в при-земном слое атмосферы над сушей и океанами при равновесном его состоянии подтверждена многочисленными наблюдениями [2, 4]. Таким образом, для определения коэффициента турбулентности в приземном слое при равновесном его состоянии достаточно измерить скорость ветра на двух уровнях. Однако, для более точного определения коэффициента турбулентности не рекомендуется ограничиваться двумя уровнями, целесообразно использовать графический метод, изложенный в настоящей курсовой работе.
При равновесном состоянии приземного слоя коэффициент турбулентности линейно растет с высотой.
При неизменной шероховатости поверхности коэффициент турбулентности при равновесном состоянии приземного слоя прямо пропорционален скорости ветра, а при одинаковой скорости ветра коэффициент турбулентности увеличивается с возрастанием шероховатости поверхности. Используя данные о Zo разных поверхностей (табл. 1), можно вычислять коэффициент турбулентности по измерению ветра на одном уровне.
При неустойчивом состоянии приземного слоя, т. е. при понижении температуры с высотой, коэффициент турбулентности больше, чем при равновесном, и наоборот, устойчивому — инверсионному состоянию приземного слоя соответствует меньший коэффициент турбулентности. При неустойчивом состоянии коэффициент турбулентности растет с высотой быстрее, чем по линейному закону. Наоборот, при устойчивом состоянии коэффициент турбулентности растет с высотой медленнее, чем при равновесном состоянии.
Таким образом, при нейтральной стратификации вертикальные профили u(z) и q(z) принимают вид чисто логарифмической зависимости, а коэффициент турбулентности линейно растет с высотой; при стратификации, близкой к безразличной, профиль коэффициента турбулентности линейно-квадратический, а профили скорости, потенциальной температуры и массовой доли водяного пара - линейно-логарифмические.