"О спиральной структуре планетарного пограничного слоя"
О.Г. Чхетиани
Аннотация доклада:
Баланс сил турбулентного трения и сил Кориолиса в планетарном пограничном слое приводит к повороту направления скорости горизонтального ветра с высотой - спирали Экмана. Вторичные вихри - “роллы”, возникающие в процессе неустойчивости пограничного слоя осуществляют до 30-40% тепломассопереноса между поверхностью и основной атмосферой. Однако, для соответствия с наблюдениями как для спирали Экмана, так и для вихревых структур, приходится существенным образом изменять классическую теорию, учитывать стратификацию, дополнительные источники тепла, неоднородность и другие факторы. Тем не менее до сих пор никак не учитывался внутренний “топологический” фон проблемы. В самом деле, спиральная структура возникающего крупномасштабного течения естественным образом порождает и спиральность в турбулентных движениях. Спиральная турбулентность принципиально меняет как вид, так и амплитуду тензора турбулентных напряжений Рейнольдса, определяя тем самым и структуру установившихся крупномасштабных движений.
В настоящей работе построена самосогласованная алгебраическая полуэмпирическая теория турбулентности в нейтрально стратифицированном планетарном пограничном слое с учетом балансов энергии и спиральности. Параметры теории определяются из экспериментальных данных. Спиральность приводит к принципиальному изменению тензора турбулентных напряжений. Полученное аналитическое решение для модифицированной спирали Экмана оказывается в удовлетворительном соотношении с наблюдаемыми значениями угла поворота ветра, который оказывается связанным с интенсивностью спиральности. Происходит также увеличение толщины пограничного слоя. Модифицированное течение более устойчиво, а потеря устойчивости носит многомасштабный характер, качественно согласующийся с последними данными о строении планетарного пограничного слоя.