Planetarisk grænselag

Det planetariske grænselag (" atmosfærisk grænselag ", "friktionslag") er det nederste lag af planetens gasformige kappe , hvis egenskaber og dynamik i høj grad bestemmes af interaktion med planetens faste (eller flydende) overflade (den såkaldt " underliggende overflade ").

På grund af den molekylære interaktion, virkningen af ​​viskositet , "klæber" gassen til overfladen, som den bevæger sig over. Af denne grund forekommer en stor gradient af luftstrømmens hastighed direkte på planetens overflade . På grund af den betydelige skala af hydrodynamiske processer i atmosfæren overstiger Reynolds-tallet væsentligt den kritiske værdi, hvorved strømmen mister sin laminære karakter og bliver turbulent . Tykkelsen af ​​atmosfærens grænselag afhænger af den gennemsnitlige strømningshastighed i den "frie atmosfære" over grænselaget, af ruheden af ​​den underliggende overflade og også af den termiske heterogenitet (stratificering) af dette lag. Det atmosfæriske grænselag er den del af troposfæren, der er udsat for daglige variationer. Under normale forhold på Jorden er tykkelsen af ​​det planetariske grænselag cirka 1-3 km.

Egenskaberne af det planetariske grænselag bestemmer i høj grad de lodrette turbulente strømme af varme, fugt og momentum, såvel som lokale lodrette ordnede strømme ( konvektive fænomener , orografiske effekter), på grund af hvilke atmosfærens dynamiske og termiske interaktion med den underliggende overflade udføres.

De fysiske processer, der finder sted i atmosfærens grænselag, er genstand for undersøgelse i et separat afsnit af dynamisk meteorologi . Det øverste lag af havet er også et grænselag. Samspillet mellem atmosfæren og havet er koncentreret i deres grænselag.

Til gengæld skelnes tre lag i det planetariske grænselag:

Ruhedslag

Virkningen af ​​luftviskositet på dynamikken i grænselaget afhænger i det væsentlige af ruheden af ​​den underliggende overflade. Den integrerede karakteristik af den effektive højde af reliefuregelmæssighederne, som påvirker flowet over den, er "ruhedsparameteren z 0 ". Der er problemer med matematisk modellering af dynamikken i en turbulent strømning inde i det lag, hvori reliefelementerne er placeret - "ruhedslaget". Sådanne opgaver omfatter modellering af strømmen inde i vegetationsdækket, inde i byområdet, i overgangsbølgelaget mellem atmosfæren og havet. I sådanne problemer er formen af ​​overfladen, som er grænsen for strømmen, både tilfældig og bevægende. Fra matematisk fysiks synspunkt er det nødvendigt at finde en løsning på et system af differentialligninger under en stokastisk grænsebetingelse. En tilgang til løsning af et sådant problem blev foreslået i en række artikler [1] [2] [3] [4] .

Overfladelag

Den nederste del af atmosfærens grænselag, 50-100 m tyk, kaldes "atmosfærens overfladelag". I dette lag er der under stationære forhold en balance mellem kraften fra den bariske gradient og kraften af ​​turbulent friktion, og de lodrette turbulente varme- og mængdestrømme er omtrent konstante i højden. I denne tilnærmelse kan hydrodynamikkens ligninger reduceres til en simpel løsning, hvorfra teorien om det atmosfæriske grænselag begyndte. I atmosfærens overfladelag observeres de højeste værdier af lodrette gradienter af temperatur, vindretning og hastighed ( vindforskydning ).

Ekman lag

Efterhånden som afstanden fra den underliggende overflade øges, mindskes friktionskraftens rolle, vindhastigheden øges hurtigt med højden, og Coriolis-kraften forbundet med den øger dens indflydelse. Som et resultat af den kombinerede virkning af tre kræfter (friktionskraft, Corioliskraft og barisk gradientkraft), drejer vinden spiralformet med højden med en vinkel på ~ 20°-40° i retning af den geostrofiske vind . Vindens drejning med højden i det atmosfæriske grænselag kaldes "Ekman-spiralen" . Denne effekt kommer tydeligt til udtryk i isdriftens afvigelse fra den geostrofiske vindhastighedsvektor, først opdaget af Fridtjof Nansen under polarekspeditionen 1893-1896. ombord på Fram. Teorien om fænomenet blev præsenteret af Wagn Walfried Ekman i 1905, efter hvem denne del af atmosfæren kaldes "Ekman-laget". Ovenfor er der en "fri atmosfære".

Resultaterne af forskning i det atmosfæriske grænselags fysik anvendes

• i numerisk vejrudsigt ,
• ved udvikling af metoder til at analysere atmosfærens fysiske karakteristika baseret på observationer på meteorologiske stationer,
• i klimatologi ,
• i agrometeorologi ,
• i byggeriet,
• i vindenergi .
• i marin meteorologi ,
• i luftfartsmeteorologi ,
• i artilleriet .
• i problemer med urenhedsspredningsmodellering [5] .
• i geoøkologi .

Se også

• Atmosfærisk termodynamik
• grænselag
• Væg laminært lag

Noter

1. ↑ Popov A. M. Modellering af atmosfærens planetariske grænselag i ruhedslaget // Izvestiya AN SSSR. Atmosfærens og havets fysik. 1975. - T. 11. - Nr. 6. - S. 574-581.
2. ↑ Popov A. M. Om turbulent transport i et ruhedslag // Izvestiya AN SSSR. Atmosfærens og havets fysik. 1976. - T. 12. - Nr. 10. - S. 1095-1097.
3. ↑ Popov A. M. Forhold ved grænsefladen og problemet med at lukke ligningerne for atmosfærens og havets dynamik // Izvestiya AN SSSR. Atmosfærens og havets fysik. 1976. - T. 12. - Nr. 9. - S. 899-905.
4. ↑ Voronov G. I., Kriegel A. M. Strukturen af ​​turbulent strømning i vegetationsdækket // Bulletin of Agricultural Science. 1986. - nr. 3 (354). - S. 131-134.
5. ↑ Berlyand M.E. Moderne problemer med atmosfærisk diffusion og atmosfærisk forurening. - L .: Hydrometeorologisk Forlag, 1975. - 448 s.

Litteratur

• Gutman LN Introduktion til den ikke-lineære teori om mesometeorologiske processer. - L . : Hydrometeorological Publishing House, 1969. - 293 s.
• Zilitinkevich S.S. Dynamik af det atmosfæriske grænselag. - L .: Hydrometeorological Publishing House, 1970.
• Laikhtman D. L. Fysik af atmosfærens grænselag. - L .: Hydrometeorologisk Forlag, 1970. - 342 s.
• Monin A.S. , Yaglom A.M. Statistisk hydromekanik. Del 1. - M .: Nauka, 1965. - 640 s.
• Popov AM Beregnede profiler af meteorologiske karakteristika i atmosfærens planetariske grænselag. - L .: Leningrad Hydrometeorologiske Institut, 1975. - 98 s.
• Byzova NL, Ivanov VN, Garger EK Turbulens i det atmosfæriske grænselag. - L .: Hydrometeorological Publishing House, 1989. - 263 s.

Ordbøger og encyklopædier	Stor russer Britannica (online)
I bibliografiske kataloger	BNF : 11935829m J9U : 987007283989905171 LCCN : sh85016096 NKC : ph115296