Атмосферная турбулентность
Атмосфе́рная турбуле́нтность — одно из характерных свойств атмосферы Земли, состоящее в беспорядочном изменении давления, температуры воздуха, скорости и направления ветра (см. Турбулентность). Турбулентный режим способствует тепло- и влагообмену в атмосфере Земли; наблюдается в пограничном слое атмосферы, простирающемся над равнинами умеренных широт до высоты 1 км. Турбулентность обусловлена топографической неоднородностью поверхности Земли, её теплофизическими свойствами, приводящими к неравномерному и пространстве нагреванию (охлаждению), особенностями вертикальных профилей температуры и скорости воздушных потоков (см. Вертикальный разрез атмосферы). На высоте 50—150 м наблюдаются значительные вертикальные градиенты скорости ветра (см. Сдвиг ветра), порождающие динамическую турбулентность, или большие вертикальные градиенты температуры (летом), вызывающие термическую турбулентность. В этих условиях наблюдаются сильные горизонтальные и вертикальные порывы ветра, существенно влияющие на взлёт и посадку летательных аппаратов (см. Атмосферное возмущение). В свободной атмосфере (над пограничным слоем) воздушные течения, особенно в ясном небе в верхней тропосфере, могут быть также турбулизированными в областях струйных течений, где наблюдаются большие вертикальные градиенты скорости. Интенсивная А. т. вызывает болтанку летательного аппарата. Вероятность турбулентности при ясном небе в умеренных широтах составляет 10%, в том числе сильной около 0,4%, в нижней стратосфере до высоты 20—25 км — соответственно 1 и 0,05%. Толщина турбулентных зон тропосферы во много раз меньше горизонтальных размеров; в 80% случаев толщина не более 1000 м, а горизонтальные размеры меньше 150 км, в нижней стратосфере — соответственно 300 м и 80 км. Эти зоны всегда имеют резкие границы.
Развитие А. т. обусловлено динамическими и термическими причинами. Воздушное течение часто характеризуют безразмерной величиной, так называемым числом Ричардсона:
,
где g — ускорение свободного падения, Т — абсолютная температура, γa — адиабатический вертикальный градиент температуры (равный 0,01 К/м), γ — наблюдаемый вертикальный градиент температуры, β — вертикальный градиент средней скорости ветра (с учётом поворотов ветра в слое с высотой). Чаще всего турбулентность наблюдается при значениях Ri < 1/4.
Возникновение А. т. связано с потерей гидродинамической устойчивости потока и генерацией волновых возмущений, потерей устойчивости и вырождением волновых возмущений, генерацией турбулентности и диссипацией турбулентной энергии в теплоту. Знание характеристик А. т. необходимо для решения многих теоретических и практических задач в авиации.
Литература:
Монин А. С., Яглом А. М., Статистическая гидромеханика, ч. 1—2, М., 1965—67;
Турбулентность в свободной атмосфере, 2 изд., Л., 1976.
Н. З. Пинус.
| Главная |