Planetární mezní vrstva

Planetární mezní vrstva (" atmosférická mezní vrstva ", "třecí vrstva") je spodní vrstva plynného obalu planety , jejíž vlastnosti a dynamika jsou do značné míry určeny interakcí s pevným (nebo kapalným) povrchem planety (tzv. tzv. " podkladový povrch ").

V důsledku molekulární interakce, působení viskozity , se plyn "přilepí" na povrch, po kterém se pohybuje. Z tohoto důvodu se přímo na povrchu planety vyskytuje velký gradient rychlosti proudění vzduchu . Díky značnému rozsahu hydrodynamických procesů v atmosféře Reynoldsovo číslo výrazně překračuje kritickou hodnotu, při které proudění ztrácí laminární charakter a stává se turbulentním .. Tloušťka mezní vrstvy atmosféry závisí na průměrné rychlosti proudění ve "volné atmosféře" nad mezní vrstvou, na drsnosti podkladového povrchu a také na tepelné heterogenitě (stratifikace) této vrstvy. Atmosférická mezní vrstva je ta část troposféry, která podléhá denním změnám. Za normálních podmínek na Zemi je tloušťka planetární mezní vrstvy přibližně 1-3 km.

Vlastnosti planetární mezní vrstvy do značné míry určují vertikální turbulentní toky tepla, vlhkosti a hybnosti, stejně jako lokální vertikální uspořádané proudy ( konvektivní jevy , orografické efekty), díky nimž dynamická a tepelná interakce atmosféry s podložním povrchem se provádí.

Fyzikální procesy probíhající v mezní vrstvě atmosféry jsou předmětem studia v samostatné sekci dynamické meteorologie . Horní vrstva oceánu je také hraniční vrstvou. Interakce atmosféry a oceánu se koncentruje v jejich hraničních vrstvách.

V planetární hraniční vrstvě se zase rozlišují tři vrstvy:

Vrstva drsnosti

Vliv viskozity vzduchu na dynamiku mezní vrstvy v podstatě závisí na drsnosti podkladového povrchu. Integrální charakteristikou efektivní výšky nerovností reliéfu, která ovlivňuje průtok přes ně, je "parametr drsnosti z 0 ". Existují problémy matematického modelování dynamiky turbulentního proudění uvnitř vrstvy, ve které se nacházejí reliéfní prvky - „vrstva drsnosti“. Mezi takové úkoly patří modelování proudění uvnitř vegetačního krytu, uvnitř městské oblasti, v přechodové vlnové vrstvě mezi atmosférou a oceánem. V takových problémech je tvar povrchu, který je hranicí toku, náhodný i pohyblivý. Z hlediska matematické fyziky je nutné najít řešení soustavy diferenciálních rovnic za stochastické okrajové podmínky. Přístup k řešení takového problému byl navržen v řadě článků [1] [2] [3] [4] .

Povrchová vrstva

Spodní část mezní vrstvy atmosféry o tloušťce 50-100 m se nazývá „povrchová vrstva atmosféry“. V této vrstvě je za stacionárních podmínek rovnováha mezi silou barického spádu a silou turbulentního tření a vertikální turbulentní toky tepla a množství jsou výškově přibližně konstantní. V této aproximaci lze rovnice hydrodynamiky zredukovat na jednoduché řešení, z něhož vycházela teorie mezní vrstvy atmosféry. V povrchové vrstvě atmosféry jsou pozorovány nejvyšší hodnoty vertikálních gradientů teploty, směru a rychlosti větru ( střih větru ).

Ekmanova vrstva

S rostoucí vzdáleností od podložního povrchu se zmenšuje role třecí síly, rychlost větru rychle roste s výškou a s ní spojená Coriolisova síla zvyšuje svůj vliv. V důsledku kombinovaného působení tří sil (třecí síla, Coriolisova síla a barická gradientní síla) se vítr otáčí spirálovitě s výškou o úhel ~ 20°–40° ve směru geostrofického větru . Otočení větru s výškou v mezní vrstvě atmosféry se nazývá "ekmanská spirála" . Tento efekt se jasně projevuje v odchylce směru driftu ledu od geostrofického vektoru rychlosti větru, který poprvé objevil Fridtjof Nansen během polární expedice v letech 1893-1896. na palubě Framu. Teorii jevu představil Wagn Walfried Ekman v roce 1905, podle kterého se tato část atmosféry nazývá „Ekmanova vrstva“. Nad ním je "volná atmosféra".

Využívány jsou výsledky výzkumu fyziky mezní vrstvy atmosféry

• v numerické předpovědi počasí ,
• při vývoji metod pro analýzu fyzikálních charakteristik atmosféry na základě pozorování na meteorologických stanicích,
• v klimatologii ,
• v agrometeorologii ,
• ve výstavbě,
• ve větrné energii .
• v mořské meteorologii ,
• v letecké meteorologii ,
• v dělostřelectvu .
• v problémech modelování rozptylu nečistot [5] .
• v geoekologii .

Viz také

• Atmosférická termodynamika
• mezní vrstva
• Stěnová laminární vrstva

Poznámky

1. ↑ Popov A. M. Modelování planetární mezní vrstvy atmosféry ve vrstvě drsnosti // Izvestiya AN SSSR. Fyzika atmosféry a oceánu. 1975. - T. 11. - č. 6. - S. 574-581.
2. ↑ Popov A. M. O turbulentním transportu ve vrstvě drsnosti // Izvestiya AN SSSR. Fyzika atmosféry a oceánu. 1976. - T. 12. - Č. 10. - S. 1095-1097.
3. ↑ Popov A. M. Podmínky na rozhraní a problém uzavření rovnic dynamiky atmosféry a moře // Izvestiya AN SSSR. Fyzika atmosféry a oceánu. 1976. - T. 12. - č. 9. - S. 899-905.
4. ↑ Voronov G. I., Kriegel A. M. Struktura turbulentního proudění ve vegetačním krytu // Bulletin of Agricultural Science. 1986. - č. 3 (354). - S. 131-134.
5. ↑ Berlyand M.E. Moderní problémy atmosférické difúze a znečištění atmosféry. - L .: Hydrometeorologické nakladatelství, 1975. - 448 s.

Literatura

• Gutman LN Úvod do nelineární teorie mesometeorologických procesů. - L . : Hydrometeorologické nakladatelství, 1969. - 293 s.
• Zilitinkevich S.S. Dynamika mezní vrstvy atmosféry. - L .: Hydrometeorologické nakladatelství, 1970.
• Laikhtman D. L. Fyzika mezní vrstvy atmosféry. - L .: Hydrometeorologické nakladatelství, 1970. - 342 s.
• Monin A.S. , Yaglom A.M. Statistická hydromechanika. Část 1. - M .: Nauka, 1965. - 640 s.
• Popov AM Vypočtené profily meteorologických charakteristik v planetární mezní vrstvě atmosféry. - L .: Leningradský hydrometeorologický ústav, 1975. - 98 s.
• Byzova NL, Ivanov VN, Garger EK Turbulence v mezní vrstvě atmosféry. - L .: Hydrometeorologické nakladatelství, 1989. - 263 s.

Slovníky a encyklopedie	Velký Rus Britannica (online)
V bibliografických katalozích	BNF : 11935829 m J9U : 987007283989905171 LCCN : sh85016096 NKC : ph115296