Задание 5

Дайте определение приземного слоя атмосферы. Какова его средняя высота?

Приземный слой атмосферы – нижняя часть пограничного слоя атмосферы (от поверхности земли до высоты от 50 до 250 м в зависимости от шероховатости поверхности, скорости ветра и стратификации), в котором турбулентные потоки количества движения, тепла, водяного пара и коллоидных примесей не зависят от высоты при росте коэффициента турбулентности.

Какие факторы определяют вертикальный турбулентный обмен при равновесном состоянии в приземном слое атмосферы?

Интенсивность турбулентного обмена в приземном слое атмосферы зависит отдинамических и термических факторов. Динамические факторы: шероховатость земной поверхности и изменение скорости ветра с высотой, термические факторы: неравномерное нагревание различных участков земной поверхности и характер вертикального распределения температуры (термическая стратификация атмосферы).

Какие факторы определяют вертикальный турбулентный обмен при неравновесном состоянии в приземном слое атмосферы?

Динамические факторы: шероховатость земной поверхности и изменение скорости ветра с высотой, термические факторы: неравномерное нагревание различных участков земной поверхности и характер вертикального распределения температуры (термическая стратификация атмосферы).

Как изменяется с высотой температура при равновесном состоянии в приземном слое атмосферы?

Температура воздуха в целом в тропосфере уменьшается в среднем на 0,6 °С на каждые 100 м высоты. Однако в нижнем слое (до 100-150 м) распределение температуры может быть различным: она может увеличиваться, оставаться постоянной или уменьшаться.

Как изменяется с высотой коэффициент турбулентности?

Слой атмосферы, в котором коэффициент турбулентности при любых условиях возрастает с высотой, называют приземным слоем. Его высота h изменяется от 10—20 до 200—250 м (наиболее часто 50—100 м). Значения коэффициента турбулентности kh на верхней границе приземного слоя в зависимости от термической устойчивости, скорости ветра и шероховатости земной поверхности колеблются от десятых долей до нескольких десятков м2/с.

В какое время суток летом турбулентный поток тепла направлен от деятельного слоя в атмосферу над морем и над сушей?

Летом в полуденное время над сушей турбулентный поток тепла при одинаковом градиенте температуры примерно в 10000 раз больше молекулярного. В отдельных случаях он может отличаться от молекулярного ещё больше.

При каком распределении температуры в приземном слое формула для определения коэффициента турбулентности методом диффузии может быть не применима?

Коэффициент турбулентной диффузии не может быть скаляром в связи с тем, что в случае равенства производных от содержания по направлениям компоненты газовых потоков по этим направлениям также были бы равны, что в условиях существенно неоднородного и неизотропного турбулентного воздушного потока в выработках невозможно вследствие различия компонент пульсационных скоростей.

Найти коэффициент турбулентности на высоте 10 м, если t=0,0⁰C, z₀=2 см, u_2,0=3м/с.

Вычислить турбулентный поток тепла методом теплового баланса, если В=0,47 кВт/м², t=18,2⁰C, e_0,5=14,0 гПа, t_2,0=17,9⁰C, e_2,0=13,6 гПа, Р=0,02 кВт/м².

Каков физический смысл коэффициента турбулентности? Какова его размерность?

Турбулентность можно рассматривать как совокупность вихрей различного размера, от колмогоровского масштаба до когерентных структур.

Задание 6

Вычислить коэффициент турбулентности на высоте 1 м по методу теплового баланса, станционному и уточненному методам турбулентной диффузии, используя результаты градиентных наблюдений на высотах 0,2; 0,5; 1,0; 2,0 м.

Исходные данные

№	R	P	t0,2	t0,5	t1,0	e2,0	e0,2	e0,5	e1,0	e2,0	u0,2	u0,5	u1,0	u2,0
1	0,55	0,08	20,6	20,4	19,9	19,8	9,4	8,9	8,4	8,0	1,7	2,3	2,5	3,0

Коэффициент турбулентности:

- по методу теплового баланса

- коэффициент турбулентности в приземном слое атмосферы

,

где V2 и Vi — скорости ветра, измеренные на двух высотах соответственно, а z — тот уровень (в пределах приземного слоя), для которого вычисляют коэффициент турбулентности; X— безразмерный коэффициент, называемый аэродинамической постоянной Кармана; по наблюдениям в аэродинамических трубах x=0,38.

,

где Δ u — разность скоростей ветра на высотах,

Δ t — разность температур воздуха на высотах,

z' — высота, равная 1 м.