ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
им. М.В.ЛОМОНОСОВА»
ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Кафедра физики атмосферы
Статистические характеристики пространственно-временной изменчивости направления ветра в приземном слое
Дипломная работа студента 6 курса:
Шишов Егор Алексеевич
_______________
Научный руководитель:
доктор физ.-мат. наук,
Главный научный сотрудник ИФА РАН
Копров Борис Михайлович
_________________
Допущен к защите“____” _декабря _ 2013г.
Зав. кафедрой профессор Куницын В.Е.
Москва 2013
ОГЛАВЛЕНИЕ
Вступление .................................................................................................3
Локальная изотропия………...................................................................….4
Корреляционные и структурные функции…........................................….5
Замороженная турбулентность…………...........................................…….7
Основные характеристики приземного слоя………............................…..8
Спектр турбулентных пульсаций……………......................................…14
Проведение эксперимента…………………….....................................…17
Обработка результатов…………......................................................……21
Заключение.................................................................................................31
Список литературы....................................................................................32
Вступление
Земная атмосфера представляет собой неоднородную среду, в которой скорость ветра, температура, влажность и другие гидродинамические и термодинамические величины можно представить как функции, зависящие от координат и от времени.
Наряду с плавными изменениями этих величин, характеризующими зависимость от времени и координат средних метеорологических условий, в реальной атмосфере наблюдаются также беспорядочные флуктуации, обусловленные турбулентностью. Наличие этих турбулентных флуктуаций приводит, в частности, к тому, что перемешивание атмосферы, т.е. обмен воздушных масс теплом, влагой, примесями, количеством движения, ускоряется во много тысяч раз. Помимо того, турбулентность играет важную роль и в ряде других физических процессов, протекающих в атмосфере.
Так как мелкомасштабные пульсации температуры и скорости ветра носят случайный характер, для их описания была развита теория стационарных случайных процессов. Позднее была создана полуэмпирическая теория приземного слоя, которая также целиком опирается на статистическое описание. Это означает, что в ней не предполагается рассмотрение организованных (когерентных) структур. Развитие методов наблюдения позволило с очевидностью показать, что структуры существуют и именно они ответственны за основную часть переноса импульса, тепла и примесей. Поэтому исследование структур в случайных полях скорости и температуры в приземном слое атмосферы в настоящее время сочетается со статистическим подходом, ставившим своей главной целью изучение осредненных зависимостей статистических характеристик течений от координат в стационарных условиях. Стоит также отметить, что большинство экспериментальных работ основывается лишь на данных одноточечных измерений. Многоточечные же измерения, могут дать много полезной информации, как в рамках статистического описания, так и в особенности в плане обнаружения когерентных структур. Поэтому, хотя многоточечные измерения оказываются очень затратными и трудоемкими, они все более широко применяются на практике. Бурное развитие систем регистрации данных и вычислительных мощностей позволяет справиться с огромными объемами получаемой в ходе эксперимента информации. Настоящее исследование посвящено исследованию пространственно-временной изменчивости направления ветра в приземном слое атмосферы.