Повна версія

Головна arrow Екологія arrow Методи вимірювання параметрів навколишнього середовища

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

Потік вертикального моменту

Миттєвий вертикальний потік імпульсу визначається так:

(13.7)

Усереднений потік імпульсу дорівнює:

(13.8)

де густина повітря, кг/м3.

Врахуємо середні значення та флуктуації імпульсу:

(13.9)

Оскільки та , останнє рівняння перетвориться до вигляду:

(13.10)

Тут припускаємо, що густина повітря не змінюється.

Отже, вертикальний потік імпульсу являє собою коваріацію між флуктуаціями горизонтальної та вертикальної швидкостей.

Якщо вихрові флуктуації направлені донизу (), то флуктуації горизонтального вітру, що викликаються цим рухом донизу, матимуть тенденцію перевищувати середню швидкість (), оскільки швидкість горизонтального вітру збільшується з висотою.

Отже, направлені донизу вихори захоплюють горизонтальні потоки повітря з собою, тоді як вертикально направлені догори вихори переносять горизонтальні потоки з невисокою швидкістю догори.

Таким чином, добуток флуктуацій боби, який є коваріацією між v та u, – негативний.

Перенесення аерозолів

Розглянемо місто з граничним атмосферним шаром над ним. Нехай місто є джерелом аерозолів, які внаслідок підіймання утворюють від'ємний градієнт концентрації. Повітря у верхніх шарах має меншу концентрацію аерозолів.

Якщо вихрові флуктуації направлені донизу () то флуктуації концентрації аерозолів, що викликаються цим рухом донизу, матимуть тенденцію зменшуватися () оскільки концентрація аерозолів зменшується із збільшенням висоти. Добуток є позитивним.

Якщо вихрові флуктуації направлені догори () то флуктуації концентрації аерозолів збільшуються () оскільки вони переносять шари з більшою концентрацію догори. Це означає, що добуток , який є коваріацією між v та n, – позитивний.

Потік відчутної теплоти

Відчутна теплота переноситься з поверхні в атмосферу завдяки теплопровідності або конвекції. Цей потік виникає завдяки градієнту температури між земною поверхнею та атмосферою. Але оскільки теплопровідність повітря є невисокою, основним процесом перенесення відчутної теплоти є конвекція.

Розглянемо перенесення відчутної теплоти. Потік цієї теплоти направлений донизу, якщо вихори, що рухаються донизу, містять повітря з температурою, більшою ніж середня, та навпаки.

Миттєвий вертикальний потік відчутної теплоти визначається так:

(13.11)

Усереднений потік дорівнює:

(13.12)

До останнього виразу підставимо середні значення величин Т та та їх флуктуації:

(13.13)

Перший та другий члени останнього рівняння дорівнюють нулю, оскільки для сухого повітря. Отже, можна отримати вираз:

(13.14)

Таким чином, потік відчутної теплоти визначається як добуток густини повітря, питомої теплоємності повітря за сталого тиску та коваріації флуктуацій миттєвої вертикальної швидкості повітря та температури:

(13.15)

де – густина повітря, кг/м3; – питома теплоємність повітря за сталим тиском, Дж/кг•К; , м/с та ,К – флуктуації миттєвої вертикальної швидкості повітря та температури.

Компоненти цього виразу можна безпосередньо вимірювати детектором з достатньо швидким відгуком.

Потік прихованої теплоти

Потік енергії від земної поверхні до атмосфери, що переноситься водяною парою, називається потоком прихованої теплоти. Прихована теплота викликає зміну фізичного стану (вода перетворюється на пару), але не змінює температуру речовини.

Потік прихованої теплоти визначається як коваріація між флуктуаціями миттєвої вертикальної швидкості вітру та густиною водяної пари:

(13.16)

де – прихована теплота випаровування, Дж/кг; флуктуації миттєвої вертикальної швидкості, м/с; – флуктуації густини водяної пари, кг/м3.

Потік прихованої теплоти – це потік теплоти від земної поверхні до атмосфери, який супроводжується випаровуванням води з поверхні з подальшою конденсацією водяної пари у тропосфері.

Цей процес є дуже важливим з точки зору забезпечення енергетичного бюджету Землі.

Потік двоокису вуглецю

Цей потік може бути представлений як коваріація між флуктуаціями миттєвої вертикальної швидкості та густини двоокису вуглецю

(13.17)

Усереднення здійснюються протягом 15 або 30 хв (10 Гц).

Здатність атмосфери здійснювати перенесення теплоти або маси залежить від розмірів вертикальних флуктуацій, які збільшуються зі зростанням відстані від земної поверхні. Вони також залежать від нерівності поверхні та горизонтальної компоненти швидкості вітру.

Отже, процес перенесення теплоти, маси та імпульсу можна оцінити як добуток флуктуацій вертикальної компоненти вітру на температуру, горизонтальну компоненту вітру або масу:

(3.18)

 
<<   ЗМІСТ   >>