Влияние внутренних гравитационных волн в атмосферном пограничном слое на измерения характеристик турбулентности пульсационным методом
- Авторы: Зайцева Д.В.1, Каллистратова М.А.1, Люлюкин В.С.1,2, Кузнецов Р.Д.3, Кузнецов Д.Д.1
-
Учреждения:
- Институт физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН
- Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана
- Финский метеорологический институт, Динамикум
- Выпуск: Том 60, № 4 (2024)
- Страницы: 430–440
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.eco-vector.com/0002-3515/article/view/658333
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0002351524040029
- EDN: https://elibrary.ru/JHJSGY
- ID: 658333
Цитировать
Полный текст



Аннотация
В работе представлены результаты анализа влияния регистрируемых содаром в атмосферном пограничном слое субмезомасштабных внутренних гравитационных волн (ВГВ) на измеряемые в приземном слое характеристики турбулентности. Для этого были использованы данные измерений, проводимых в сельской местности в Подмосковье. Посредством визуального анализа содарных эхограмм идентифицировались ВГВ двух классов: внутренние гравитационно-сдвиговые волны (ВГСВ) типа волн Кельвина-Гельмгольца и волны плавучести (ВП). Для 28 эпизодов ВГСВ и 10 эпизодов ВП по данным пульсационных измерений ультразвуковым термометром-анемометром, расположенным на мачте высотой 56 м, были рассчитаны турбулентная кинетическая энергия, а также потоки тепла и импульса. Были исследованы изменения указанных характеристик, сопутствующие прохождению цугов ВГВ, сделаны количественные оценки этих изменений, а также проведено сопоставление степени влияния ВГСВ и ВП.
Полный текст

Об авторах
Д. В. Зайцева
Институт физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: zaycevadv@gmail.com
Россия, Пыжевский пер., д. 3, 119017, Москва
М. А. Каллистратова
Институт физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН
Email: zaycevadv@gmail.com
Россия, Пыжевский пер., д. 3, 119017, Москва
В. С. Люлюкин
Институт физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН; Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана
Email: zaycevadv@gmail.com
Россия, Пыжевский пер., д. 3, 119017, Москва; ул. 2-я Бауманская, д. 5, к.1, 105005, Москва
Р. Д. Кузнецов
Финский метеорологический институт, Динамикум
Email: zaycevadv@gmail.com
Финляндия, площадь Эрик Пальмен, 1, FI-00101 Хельсинки
Д. Д. Кузнецов
Институт физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН
Email: zaycevadv@gmail.com
Россия, Пыжевский пер., д. 3, 119017, Москва
Список литературы
- Зайцева Д.В., Каллистратова М. А., Люлюкин В. С. и др. Воздействие внутренних гравитационных волн на флуктуации метеорологических параметров атмосферного пограничного слоя // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2018. Т. 54. № 2. С. 195–205.
- Зайцева Д.В., Каллистратова М. А., Люлюкин В. С. и др. Субмезомасштабные волнообразные структуры в атмосферном пограничном слое и их параметры по данным содарных измерений в Подмосковье // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2023. Т. 59. № 3. С. 275–285.
- Кадыгров Е.Н., Кузнецова И. Н. Методические рекомендации по использованию данных дистанционных измерений профилей температуры в атмосферном пограничном слое микроволновыми профилемерами: теория и практика. Долгопрудный: Физматкнига, 2015. 171 с.
- Камардин А.П., Одинцов С. Л., Скороходов А. В. Идентификация внутренних гравитационных волн в атмосферном пограничном слое по данным содара // Оптика атмосферы и океана. 2014. Т. 27. № 9. С. 812–818.
- Кузнецов Р. Д. Акустический локатор ЛАТАН-3 для исследований атмосферного пограничного слоя // Оптика атмосферы и океана. 2007. Т. 20. № 8. С. 749–753.
- Люлюкин В.С., Каллистратова М. А., Кузнецов Р. Д. и др. Внутренние гравитационно- сдвиговые волны в атмосферном пограничном слое по данным акустической локации // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2015. Т. 51. № 2. С. 218–218.
- Banakh, V. A., Smalikho, I. N. The impact of internal gravity waves on the spectra of turbulent fluctuations of vertical wind velocity in the stable atmospheric boundary layer // Remote Sensing. 2023. V.15. № 11. 2894.
- Banta R.M., Mahrt L., Vickers D. et al. The very stable boundary layer on nights with weak low-level jets // J. Atmos. Sci. 2007. V. 64. № 9. P. 3068–3090.
- Carpenter J.R., Tedford E. W., Heifetz E. et al. Instability in stratified shear flow: Review of a physical interpretation based on interacting waves // Appl. Mech. Rev. 2012. V. 64. № 6. 060801
- Cava D., Giostra U., Katul G. Characteristics of gravity waves over an Antarctic Ice sheet during austral summer // Atmosphere. 2015. V. 6. № 9. P. 1271–1289.
- Durden D.J., Nappo C. J., Leclerc M. Y.et al. On the impact of wave-like disturbances on turbulent fluxes and turbulence statistics in nighttime conditions: a case study // Biogeosciences. 2013. V. 10. № 12. P. 8433–8443.
- Jiang Q. Impact of Elevated Kelvin–Helmholtz Billows on the Atmospheric Boundary Layer // J. Atmos. Sci. 2021. V. 78. № 12. P. 3983–3999.
- Howell J.F., Mahrt L. Multiresolution flux decomposition // Boundary-Layer Meteorol. 1997. V. 83. № 1. P. 117–137.
- Kaimal J.C., Finnigan J. J. Atmospheric boundary layer flows: their structure and measurement. New York: Oxford University Press, 1994. 289 P.
- Mahrt L., Vickers D. Extremely weak mixing in stable conditions // Boundary-Layer Meteorol. 2006. V. 119. P. 19–39.
- Nappo C.J., Miller D. R., Hiscox A. L. Wave-modified flux and plume dispersion in the stable boundary layer // Boundary-Layer Meteorol. 2008. V. 129. № 2. P. 211–223.
- Petenko I., Casasanta G., Kallistratova M. et al. Kelvin–Helmholtz billows in the rising turbulent layer during morning evolution of the abl at Dome C, Antarctica // Boundary-Layer Meteorol. 2023. V. 187. P. 163–192.
- Potekaev A., Shamaneva L., Kulagina V. Spatiotemporal dynamics of the kinetic energy in the atmospheric boundary layer from minisodar measurements // Atmosphere. 2021. V. 12. № 4. 421.
- Rorai C., Mininni P. D., Pouquet A. Turbulence comes in bursts in stably stratified flows // Physical Review E. 2014. V. 89. № 4. P. 043002.
- Shamanaeva L.G., Potekaev A. I., Krasnenko N. P. et al. Dynamics of the kinetic energy in the atmospheric boundary layer from the results of minisodar measurements // Russ. Phys. J. 2018. V. 61. P. 2282–2287.
- Sun J., Lenschow D. H., Burns S. P. et al. Atmospheric disturbances that generate intermittent turbulence in nocturnal boundary layers // Boundary-Layer Meteorol. 2004. V. 110. P. 255–279.
- Sun J., Mahrt L., Banta R. M. et al. Turbulence regimes and turbulence intermittency in the stable boundary layer during CASES-99 // J. Atmos. Sci. 2012. V. 69. № 1. P. 338–351.
- Sun J., Nappo C. J., Mahrt L. et al. Review of wave‐turbulence interactions in the stable atmospheric boundary layer // Reviews of geophysics. 2015a. V. 53. № 3. P. 956–993.
- Sun J., Mahrt L., Nappo C. et al. Wind and temperature oscillations generated by wave–turbulence interactions in the stably stratified boundary layer // J. Atmos. Sci. 2015b. V. 72. № 4. P. 1484–1503.
- Vercauteren N., Klein R. A clustering method to characterize intermittent bursts of turbulence and interaction with submesomotions in the stable boundary layer // J. Atmos. Sci. 2015. V. 72. № 4. P. 1504–1517.
- Viana S., Yagüe C., Maqueda G. Propagation and effects of a mesoscale gravity wave over a weakly-stratified nocturnal boundary layer during the SABLES2006 field campaign // Boundary-Layer meteorol. 2009. V. 133. № 2. P. 165–188.
- Vickers D., Mahrt L. The cospectral gap and turbulent flux calculations // J. Atmos. Oceanic Tech. 2003. V. 20. № 5. P. 660–672.
- Zaitseva D., Kallistratova M., Lyulyukin V. et al. On the influence of internal gravity waves on the intensity of turbulence in the atmospheric boundary layer // IOP Conf. Series Earth Environ. Sci. 2022. V. 1040. № 1. P. 012034.
Дополнительные файлы
