Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Бызова, Н. Л. Рассеяние примеси в пограничном слое атмосферы

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

19.10.2023

Размер:

7.53 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 208 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 > Следующая >>>

пая радиация не меняется, оставаясь равной нулю. Индекс сол нечной радиации с помощью специальных таблиц исправляется на помутнение атмосферы и облачность, а также на состояние под

стилающей поверхности		(учитывается		снежный		покров и увлаж
ненность почвы), после чего используется					для	определения	клас
са устойчивости.
Качественная характеристика устойчивости с обозначениями
классов по способу ПТ и способу У дана					в та.бл. 3.5. Ниже		везде
используется	нумерация	классов ПТ.
						Таблица 3.5
	Качественная характеристика			устойчивости
Класс	Качественная		харастеристнка			Класс
по ПТ	Качественная		харастеристнка			по У
1	Очень неустойчивое		состояние			VII
2	Неустойчивое		»			VI
3	Слегка неустойчивое		состояние			V
4	Безразличное состояние					IV
5	Слепка устойчивое состояние					III
6	Устойчивое	состояние				11
7	Очень устойчивое состояние					1

Конечной целью классификации устойчивости, с точки зрения

расчетов диффузии,	является определение характера		турбулент
ности. Такого рода	полукачественные	приближенные	соотноше
ния, пригодные для	практических	применений, разработаны в

США (МАЭ, 1968), откуда позаимствована табл. 3.6. Качествен ной характеристикой турбулентности служит характер записи пульсаций направления ветра и типичная амплитуда этих пуль

саций (см. табл.		5.15).
							Таблица		3.6
Соотношение		между	типами турбулентности и погодными условиями
			Инсоляция				Ночь
Скорость					Тонкие		облака
ветра, м/с	Сильная		Умеренная	Слабая	Тонкие		облака	облачности
	Сильная		Умеренная	Слабая	или '1 8 облачности 3,8			облачности
2	А		А - В	В		F	'	F
2	А—В		В	С		Е		F
4	В		в - с	С		D		Е
6	С		С—D	D		D		D
>6	С		D	D		D		D
П р и м е ч а й и е. А — очень неустойчивые					условия,	В — умеренно		неустой
чивые, С — слегка неустойчивые, D				— нейтральное состояние (применимо					во
всех случаях	сплошной		облачности	днем и	ночью),	Е—слегка устойчивые,
F — умеренно	устойчивые.

;.:70

градиентной	мачтой высотой 8 м расположена в 200 м от мачты,
в наиболее открытой части полигона.
Методика	измерения пульсационных характеристик (датчики,

система регистрации, аналоговой и цифровой обработки, алгорит мы расчетов, способы получения корреляционных функций, спект ров, диссипации турбулентной энергии и др.) в применении к вы сотной мачте ИЭМ разработана Ивановым и описана в его рабо те (1970).

• Ц


	Рис.		3.3. Схема	окружающей		мачту	местности:
/ — горизонтали,			м; 2 — обычные		границы	посевов;	3 — пункты установки
временных		градиентных станций;			4— высотная мачта;			М—метеоплощадка
Для	сравнений использованы материалы							градиентных	измере
н и й ^	300-метровом слое и иа малой градиентной мачте								высотой
8 м:, а	также	материалы		метеорологических				измерений	сетевого
типа. Расчеты		параметров			приземного		слоя выполнены с по

мощью номограмм Института физики атмосферы при z0—2 см

летом и. zo = 0,l см зимой.	(Это вносит некоторую погрешность,
так как фактически шероховатость менялась			от сезона к сезону в
несколько более широких	пределах	— до 5—6		см при высокой
траве.)
На рис. 3.4 показана зависимость		масштаба		приземного слоя
L от параметра Б. Экспериментальные точки получены при раз
личном осреднении.
Имеющийся на рисунке	разброс	вызван	характером осредне

ния, изменением фактической шероховатости и погрешностями, возникающими при пользовании номограммами. Рисунок дает

представление о пределах изменений стратификации, наблюдав шихся на территории высотной мачты ИЭМа и доступных для из мерений; в ряде случаев при еще более глубокой устойчивости измерить очень малые скорости ветра на уровне 2 м и рассчитать параметры приземного слоя было невозможно.

г ! 0 3

Рис. 3.4. Зависимость масштаба (приземного слоя L от парамет ра устойчивости Б по результатам, полученным на ВММ:

/ — по данным

Машковой

(1965);

2 —при

осреднении 10 и более резуль

татов; 3 — при

осреднении

от

четырех до

результатов;

4 — менее че

тырех

результатов;

5 — линии

теоретической

зависимости

(Знлитинкевнч,

1970)

при z„/ft—0,01;

S — ее

возможные отклонения,

связанные с измере

нием

шероховатости

при

г„/Л= 0.001

г0 //г=

0,05

На рис. 3.5 показана зависимость

параметра р, от параметра

по результатам

измерений

(точки)

расчетов

соответствии

соотношениями подобия при средних значениях

v# для

выбран

ных градаций Б (линии).

Поскольку

экспериментальные

точки

получены

по индивидуальным

значениям

Б и y: i ! >

они не

обяза

тельно

должны

ложиться

на

расчетную

кривую, однако

разброс

их оказался небольшим.

На

рис. 3.6

приведена

связь

с параметром

безразмерного

параметра

устойчивости (3.11), рассчитанного по данным

измере

ний в

стометровом

слое. Температура

измерялась

на уровне

>и 2 м,

скорость

ветра

—

8 м; приближенно

принято

•/2р-

——- =

44. Неоднозначность

зависимости,

обнаруживаемая

на ри-

сунке, связана с влиянием ряда факторов: нестационарное™ *, изменения шероховатости по сравнению с принятой, некоторой горизонтальной неоднородности, ошибок в измерении параметра Б при малых скоростях ветра у земли. Для сравнения на рис. 3.6 дана также рассчитанная зависимость ц. от Б.

Рис. 3.5. Зависимость безразмерного параметра погра


ничного слоя		(.1 от	параметра устойчивости Б по						резуль
		татам, полученным			на ВММ:
/ — по	данным	Машковой		(1965); 2 —		при осреднении			пяти и
более	результатов, 3 — при			осреднении		менее	пяти	результатов
Результаты	сравнения		между		собой		способов			определения
устойчивости	по измерениям сетевого						типа		представлены в
табл. 3.7, которая иллюстрирует соответствие								классов ПТ клас
сам У для трех месяцев			отдельного			года.	Случаи			несовпадения

знака устойчивости (определения состояния как устойчивого по одному способу и неустойчивого по другому) практически отсут ствуют во все сезоны. Полное совпадение номеров классов имеет

место

январе

в 37% случаев, в

апреле

—

в 55%,

июне

—

50%-

Класс одного

способа

соответствует

соседнему

январе

59%,

апреле

— в

36%, в

июле

— в 44%

случаев.

Анализ

ха

рактера несовпадений показывает, что в январе они связаны, как правило, с тем, что способ ПТ не дает возможности учесть состоя

ние подстилающей поверхности,	покрытой в зимнее время снегом,
в результате чего все дневные	результаты попадают в класс 4, в
то время как по способу У в	половине этих	случаев	получается
слабая устойчивость (класс 5).	В ночное время	по той	же причине

степень устойчивости при определении ее по способу ПТ также недооценивается.

* Приземный слой реагирует на изменения теплового баланса очень быст ро (в течение нескольких минут) и может считаться квазистационарным, чего нельзя сказать о 100-метровом слое.

74.

В июле несовпадение классов наблюдается в переходное время суток, а также днем при полной облачности. В последних

случаях	по способу	ПТ	устойчивость всегда		определяется как
безразличная, по способу			же У при	хорошей	видимости и скоро
сти >ветра	менее 4—5	м/с	возможна	слабая неустойчивость.

Рис. 3.6. Связь безразмерного параметра			с
параметром устойчивости Б по результатам по
лученным	на	В ММ:
•' — экспериментальные точки, 2	—	расчетная зависимость	и от £

Результаты определения устойчивости по способу ПТ и по па раметру приземного слоя сравниваются -в табл. 3.8, классы устой чивости в зависимости от Б были выбраны по опыту проведения градиентных измерений на территории высотной мачты в течение нескольких лет. Материалы сравнения соответствуют различным сезонам и погодным условиям. Для' неустойчивых и устойчивых классов совпадение получилось неплохим, хотя в ряде случаев в переходные часы суток наблюдаются отклонения в ту или дру-

												Таблица		3.7
		Повторяемость (число случаев) соответствия классов
			устойчивости				по ПТ и по У
	пт	1	2		3		'1	5	6		7 \| • N
						Январь
	1
	2				5		5					11
	3				5		5	1				11
	4				15	128		213	100		1	457
	5							18	93		13	124
	6								83		54	137
	7								1		9	10
	N				20	133		232	277		77	739
						Апрель
	1	4	9		4							4
	2	4	9		4							17
	3		25		32		7					64
	4		13		146	250		45	26		2	482
	5				1	13		29	10			53
	6					19		9	40		3	71
	7						3	4	5		13	25
	N	8	47		183	292		87	81		18	716
						Июль
	1	5										5
	2	15	49		13							77
	3		65		69	19		9	5			153
	4		50		140	114		9	5			318
	5							17	7		2	26
	6							7	42		15	64
	7								29		72	101
	N	20	164		222	133		33	83		89	744
												Таблица		3.8
Повторяемость (число случаев)						классов		устойчивости			(1—7) по ПТ		при
			группировке				)ПО параметру			Б
						Б и класс		устойчивости по Б
ПТ	N	<-0,0-1		-0,039		-0,009		—0,001		0,002 - 0,009		0,01-0,049	> 0,050
ПТ	N	<-0,0-1		-0,010		-0,002		+ 0,001		0,002 - 0,009		0,01-0,049	> 0,050
		1			2		3	'1			5	6		7
1	11	11			28
2	34				28		3	3
3	43				12		13	6			5	4		3
4	176				19	38		85			25	8		4
5	29							10			13	4		2
6	28							1			6	18		3'
7	8													8
N	332	11			59		54	105			49	34		20

гую сторону. В целом же по способу ПТ состояния классифици руются как безразличные 'чаще, чем это получается из градиент ных измерений, хотя границы безразличного состояния заранее выбраны несколько более широкими, чем, например, в (Монин, Яглом, 1965).

В табл. 3.9 представлено соответствие средних вертикальных градиентов температуры в нижнем ЗОО-метровом слое и классов

устойчивости	(по ПТ и У отдельно)		при различном	характере из
менения температуры		с высотой. Таблица показывает, что с рос
том неустойчивости (классы 4—il)			величина отрицательного		вер
тикального	градиента	температуры, а с ростом		устойчивости
j " ! • ,	°			Таблица	3.9

Соответствие средних значений градиента температуры в 300-метровом слое

(град/100	м) и классов		устойчивости по ПТ и У при разных				профилях
				температуры
		Температура падает		Приземная	инверсия	Приподнятая
№ класса		с высотой		Приземная	инверсия	инверсия
№ класса
		ПТ		ПТ	у	ПТ	У
1			— 1,62
2		- 1,53	— 1,55	0,00*		1,42*
3		- 1,24	- 1,18	1,15*	1,25*	1,46	1,64
4		- 0,95	- 0,9 8	1,56	1,49	1,36	2,19
5			—0,69*	1,62	1,48	0,94*	1,38
6			-0,67*	2,15	2,23	1,46*
7				4,90*	4,90*

* Значения градиента 'соответствуют малому	числу случаев (менее 2%
всего объема данных)1
(классы 4—7) величина положительного	градиента закономерно

растут, причем средние значения для одного и того же класса ПТ к У близки. Это наблюдается в случае температурных профилей двух первых типов, представляющих падение температуры с вы сотой 'и приземную инверсию. Примерно в '50% случаев классу 4 соответствует падение температуры во всем 300-метровом слое, вертикальный градиент близок к адиабатическому. Остальные случаи класса 4 соответствуют приподнятой, сложной или же при земной инверсии. Небольшое число случаев с приземной инверси ей соответствует классу 3, они наблюдались в феврале—марте, когда солнце в дневное время достаточно высоко, а подстилаю щая поверхность покрыта снегом. Такие случаи остались даже

после введения 'поправки на снег,	инверсия в этих	случаях была
не выше 25 м.
Естественно, что ни приземные	градиентные	измерения, ни

способы ПТ и, У не дают возможности судить о наличии и харак тере приподнятой инверсии, и связи градиента температуры с но мером класса устойчивости для этого типа профилей температу-

ры не наблюдается. Такие условия чаще всего соответствуют классу 4 или соседним.

Сравнение градиентных измерений в приземном слое атмос феры над различными типами подстилающей поверхности вблизи высотной мачты ИЭМа описано в работе Т. В. Бончковекой и со авторов (1967). Три пункта наблюдений были выбраны вне тер


ритории	высотной	мачты	в пределах 1 км		от нее, четвертым,
опорным	пунктом	служила	метеорологическая		площадка высот
ной мачты. Измерения проводились				в течение одной недели.
Результаты сравнения исходных				величин — скорости ветра на

уровне 2 м и разности температур на уровнях 4 и 1 м — даны в табл. 3.10. Они сразу показали, что пункты I и I I с точки зрения температурной стратификации нерепрезентатнвны. Пункт I был расположен над клевером, для которого характерно замедленное

испарение

влаги, попавшей из-за дождя или

росы под

его

покров,

а пункт I I

оказался

вблизи той части луга, которая

после

дож

дей оставалась увлажненной в течение

большего

времени,

чем

окружающая

местность.

В результате

значения

AltT

на

этих

пунктах сильно отличались от значений, наблюдавшихся

пунк

тах

I I I и IV, где они

в среднем оказались одинаковыми. Поэтому

все дальнейшие сравнения проводились только между

результата

ми

пунктов

I I I н IV

(п. I I I размещался

на

ровном

поле,

покры

том

редкими

всходами свеклы

и турнепса). Проводилось также

определение устойчивости по способу

ПТ.

Таблица

3.10

Средняя скорость ветра на уровне 2 и (У м/с), разность

температуры на уровнях 4 и 1 м (ДГ град),

их среднеквадратичные значения и корреляция между

пунктами (справа от

диагонали —

для

слева

—

для

ДГ)

дг

пункта

"а

"дг

III

2,10

1,08

+0,09

0,31

0.S9

0,81

0,85

2,08

1,09

-0,62

0,70

0,14

0,88

2,60

1,22

- 0,24

0,24

0,21

0,49

0,93

2,13

1,07

—0,25

0,24

0,64

0,18

0,35

В табл. ЗЛ'1 представлено число совпадений знака

устойчиво

сти, определенного по -результатам

измерений

на

пунктах

I I I и

и по способу ПТ;

.в табл. 3.12 дано сопоставление

классов ус

тойчивости. Из таблиц видно, что,					несмотря	на невысокую кор
реляцию	AhT	на	пунктах I I I и	IV,	оба они	достаточно репрезен
тативны:	класс		устойчивости,	определенный			но измерениям	на
этих пунктах,		в	80% случаев	различается не			более чем на	еди

ницу, а после исключения утренних и вечерних переходных часов эта цифра увеличивается до 90%. Результаты применения спосо ба ПТ также хорошо согласуются t данными этих пунктов изме рений.

	Число	совпадений		(%) знака				Таблица	3.11
	Число	совпадений		(%) знака			устойчивости
	на пунктах		III и IV и по способу ПТ
	№ пункта		III			IV		ПТ
	111					64		58
	IV		83			80		63
	ПТ		84			80
П р и м е ч а й и е. Цифры					справа	от	диагонали — все
		сроки; слева — с 9 до 16 ч
						по Б на		Таблица 3.12
Сопоставление классов			устойчивости			по Б на		пунктах III и IV
			и по способу			ПТ
								Число совпадений (в"/о
№ пункта	Степень совпадения классов устойчивости							к числу	случаев)
№ пункта	Степень совпадения классов устойчивости
								Все сроки		9-1 в
14,1V. ПТ	Совпадают							17		24
111, IV	Раличаются не более чем на 1							74		89
111, IV	Совладают							35		45
	Различаются не более чем на 1							80		90
3.1.4. Рекомендации		по	использованию				способов		определения
	устойчивости				типа ПТ и У
Использование способов определения устойчивости на основе
сетевых 'измерений может быть полезным для ряда									практических
целей. Как показало		сравнение,			способ		У	позволяет		делать бо
лее подробные различия			в	состоянии			устойчивости,			чем	спо
соб ПТ, однако последний значительно							проще. Его можно				не
сколько усовершенствовать, сохранив						эту простоту. Снеговой по

кров можно учитывать аналогично тому, как это делается в спо собе У; введение этой поправки испытано 'на материалах .высот

ной	мачты ИЭМ (Н. Л. Вызова, Г. Б. Машкова, 1971),	резуль
таты	иллюстрируются табл. 3.1-3, из которой видно, что :в	зимнее
1	Таблица 3.13

Повторяемость (число случаев) соответствия классов устойчивости У классам

	устойчивости ПТ с		поправкой на снег		и без	поправки (в	скобках)
				ПТ
У	1	2	3	4	5	6	7	Сумма
\	1	2	3	4	5	6	7	Сумма
\
1	7(7)	4(4)						11
2		6(6)	5(5)	6(6)				17
3		1(1)	15(15)	33(33)				49
4			4(7)	46(43)				50
5			2(2)	18(19)	1Р(15)			36
6			1(2)	6(26)	12(5)	28(14)	8(8)	55
7				1(7)	7(5)	19(15)	19(19)	46
Сумма.... 7(7)		И ( Ь )	27(31)	110(134)	35(25)	47(29)	27(27)	264

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 208 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ