Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен с Cloud street )
Перейти к навигации Перейти к поиску
«Облачная улица» перенаправляется сюда. Для книги Тима Винтона см Cloudstreet . Для телеадаптации книги см Cloudstreet (мини-сериал) .
Горизонтальные конвективные валы, образующие облачные улицы (нижняя левая часть изображения) над Беринговым морем .
Простая схема производства облачных улиц с помощью горизонтальных конвективных валков.
На этом спутниковом снимке Новой Англии в естественных цветах тянутся полосы улиц с облаками с северо-запада на юго-восток .

Горизонтальные конвективные вихри , также известные как горизонтальные вихри или облачные улицы , представляют собой длинные потоки встречно вращающегося воздуха, ориентированные примерно параллельно земле в планетарном пограничном слое . Хотя горизонтальные конвективные валы, также известные как облачные улицы, отчетливо видны на спутниковых фотографиях за последние 30 лет, их развитие плохо изучено из-за отсутствия данных наблюдений. С земли они выглядят как ряды кучевых облаков или кучевых облаков, выровненных параллельно слабому ветру. Исследования показали, что эти водовороты играют важную роль в вертикальном переносе количества движения, тепла, влаги и загрязнителей воздуха в пограничном слое. [1]Облачные улицы обычно более или менее прямые; редко облачные улицы имеют узор пейсли , когда ветер, гонящий облака, встречает препятствие. Эти облачные образования известны как вихревые улицы Кармана .

Характеристики [ править ]

Облачные улицы в Монтеррее, Мексика.

Горизонтальные валки - это вихревые валки, вращающиеся в противоположных направлениях, которые почти выровнены со средним ветром планетарного пограничного слоя (PBL). Они могут быть вызваны конвекцией при умеренном ветре [2] и / или динамической нестабильностью точки перегиба в среднем профиле ветра. [3] Ранняя теория [3] [4] [5] [6] [7] характеристик предсказывает, что вихри могут быть выровнены под углом до 30 ° влево для стабильно стратифицированных сред, и 18 ° влево для нейтральных сред. , и почти параллельно среднему ветру для неустойчиво стратифицированных (конвективных) сред. Эта теория была подтверждена наблюдениями с самолетов в ходе нескольких полевых экспериментов. [5] [7] [8]

Глубина вихря - это обычно глубина пограничного слоя, которая обычно составляет порядка 1-2 км. Пара вихрей обычно имеет соотношение поперечных и вертикальных размеров около 3: 1. [6] [7] [9] Экспериментальные исследования показали, что соотношение сторон (отношение длины волны качения к глубине пограничного слоя) варьируется от 2: 1 до 6: 1, однако в некоторых ситуациях соотношение сторон соотношение может достигать 10: 1. Срок службы конвективного рулона может составлять от часов до дней. [4] [10] [6] [7]

Если окружающий воздух близок к насыщению, в восходящих потоках может возникнуть конденсация, вызванная вращением вихря. Нисходящее движение между чередующимися парами валков испарит облака. В сочетании с восходящими потоками это создаст ряды облаков. Пилоты планеров часто используют восходящие потоки, создаваемые облачными улицами, что позволяет им летать прямо на большие расстояния, отсюда и название «облачные улицы».

Облачные улицы в Монтеррее, Мексика, в нескольких милях от отеля.

Развитие и необходимые условия окружающей среды [ править ]

Точный процесс, который приводит к формированию горизонтальных валков, сложен. Основным механизмом напряжения в PBL является турбулентный поток количества движения, и этот член необходимо аппроксимировать в уравнениях гидродинамики для моделирования потока и потоков в слое Экмана. [6] [7] [11] [12] [13] [1]

Линейное приближение, уравнение диффузии вихрей с коэффициентом диффузии вихрей K, позволило Экману получить простое решение логарифмической спирали. Однако частое присутствие горизонтальных вихрей качения в PBL, которые представляют организацию турбулентности (когерентные структуры), указывает на то, что приближение коэффициента диффузии неадекватно. Решение Экмана имеет внутренний профиль перегибного ветра, который оказался неустойчивым к длинным волнам, соответствующим масштабу организованных крупных вихрей. [3] Нелинейная теория показала, что рост этих конечных волн возмущения изменяет средний поток, устраняя энергию динамической перегибной неустойчивости, так что достигается равновесие. Модифицированный средний поток хорошо соответствует наблюдениям. [7] [1]Это решение для слоя, содержащего длину волны качения в масштабе PBL, требует модификации переносов потока, чтобы приспособиться к моделированию адвективного движения больших вихрей. [11] [12] [1]

Наиболее благоприятные условия для образования валков возникают, когда самый нижний слой воздуха нестабилен, но перекрывается инверсией - стабильным слоем воздуха. Должен быть умеренный ветер. Это часто происходит, когда верхние слои атмосферы оседают, например, в антициклонических условиях, а также часто, когда за ночь образуется радиационный туман. Конвекция возникает ниже инверсии, когда воздух поднимается в термиках ниже облаков и опускается в воздух между улицами.

Турбулентная энергия, возникающая из-за динамической нестабильности, создается за счет энергии сдвига ветра. Более сильный ветер способствует развитию этого крена, в то время как конвективная энергия изменяет его. Конвекция при низкой скорости приводит к образованию валков, поскольку рост нестабильности при сдвиге подавляется. Конвекция при очень слабом ветре обычно вызывает ячеистую конвекцию. [7] [1] [8]

Хотя это решение было подтверждено многочисленными наблюдениями, оно является сложным, связанным с математикой теории хаоса, и не получило широкого распространения. [3] [6] [7] [11] [12] Однако при включении в модели прогнозов NCEP с использованием спутниковых данных приземного ветра прогнозы значительно улучшились. Нелинейное решение с явным описанием валков когерентной структуры конечных возмущений составляет значительный вклад в теорию Хаоса для организации турбулентности.

См. Также [ править ]

  • Атмосферная конвекция
  • Волновое облако

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e Etling, D .; Р. А. Браун (1993). «Катящиеся вихри в планетарном пограничном слое: обзор». Метеорология пограничного слоя . 65 (3): 215–248. Bibcode : 1993BoLMe..65..215E . DOI : 10.1007 / BF00705527 .
  2. ^ Куо, Х. (1963). «Возмущения плоского течения Куэтта в стратифицированной жидкости и происхождение облачных слоев». Физика жидкостей . 6 (2): 195–211. Bibcode : 1963PhFl .... 6..195K . DOI : 10.1063 / 1.1706719 .
  3. ^ a b c d Браун, Р. А. (1970). "Модель вторичного потока для планетарного пограничного слоя" . Журнал атмосферных наук . 27 (5): 742–757. Bibcode : 1970JAtS ... 27..742B . DOI : 10.1175 / 1520-0469 (1970) 027 <0742: ASFMFT> 2.0.CO; 2 . ISSN 1520-0469 . 
  4. ^ а б Браун, Р. А. (1972). "О неустойчивости точки перегиба стратифицированного пограничного слоя Экмана" . Журнал атмосферных наук . 29 (5): 851–859. Bibcode : 1972JAtS ... 29..850B . DOI : 10.1175 / 1520-0469 (1972) 029 <0850: OTIPIO> 2.0.CO; 2 .
  5. ^ а б Лемоне, М. (1973). «Структура и динамика горизонтальных завихрений в пограничном слое планеты» . Журнал атмосферных наук . 30 (6): 1077–1091. Bibcode : 1973JAtS ... 30.1077L . DOI : 10.1175 / 1520-0469 (1973) 030 <1077: TSADOH> 2.0.CO; 2 .
  6. ^ а б в г д Браун, Р. А. (1974). «Аналитические методы моделирования планетарного пограничного слоя», Адам Аналитические методы моделирования планетарного пограничного слоя, Adam Hilger LTD., Лондон, и Halstead Press, John Wiley and Sons, New York, ISBN 0470111607 . 
  7. ^ Б с д е е г ч Брауна, RA (1980). «Продольные неустойчивости и вторичные потоки в планетарном пограничном слое: обзор». Обзоры геофизики и космической физики . 18 (3): 683–697. Bibcode : 1980RvGSP..18..683B . DOI : 10,1029 / RG018i003p00683 .
  8. ^ a b Weckworth, TM; Дж. Уилсон; RM Wakimoto; Н.А. Крук (1997). «Определение условий окружающей среды, подтверждающих их существование и характеристики» . Ежемесячный обзор погоды . 125 (4): 505–526. Bibcode : 1997MWRv..125..505W . DOI : 10,1175 / 1520-0493 (1997) 125 <0505: HCRDTE> 2.0.CO; 2 .
  9. ^ Стулл, Роланд (1988). Введение в метеорологию пограничного слоя (2-е изд.). Kluwer Academic Publishers . ISBN 9027727694.
  10. ^ Келли, Р. (1982). "Исследование горизонтально-валковой конвекции во время снежной бури, вызванной эффектом озера", с помощью одного доплеровского радиолокатора . Журнал атмосферных наук . 39 (7): 1521–1531. Bibcode : 1982JAtS ... 39.1521K . DOI : 10.1175 / 1520-0469 (1982) 039 <1521: asdrso> 2.0.co; 2 .
  11. ^ a b c Браун, Р. А. (1981). «Об использовании обменных коэффициентов и организованных крупномасштабных вихрей при моделировании турбулентных течений». Метеорология пограничного слоя . 20 (1): 111–116. Bibcode : 1981BoLMe..20..111B . DOI : 10.1007 / BF00119927 .
  12. ^ a b c Браун, Р. А. и Т. Лю (1982). «Оперативная крупномасштабная модель морского планетарного пограничного слоя» . Журнал прикладной метеорологии . 21 (3): 261–269. Bibcode : 1982JApMe..21..261B . DOI : 10,1175 / 1520-0450 (1982) 021 <0261: AOLSMP> 2.0.CO; 2 . ISSN 1520-0450 . 
  13. Перейти ↑ Brown, RA (1991). «Гидравлическая механика атмосферы», Международная серия по геофизике, 47, Academic Press, San Diego, ISBN 0-12-137040-2 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Данлоп, Шторм (2002) Справочник по определению погоды Гилфорд, Коннектикут: The Lyons Press. ISBN 1-58574-857-9 
  • Скорее всего, Verkaik (1989) Spacious Skies Дэвид и Чарльз ISBN 0-7153-9139-9 
  • «Облачные улицы вымощают Гудзонов залив» . Земная обсерватория НАСА . Архивировано из оригинала на 2006-10-01 . Проверено 1 мая 2006 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  • «Облачные улицы, сфотографированные над Мексиканским заливом: Галерея изображений Облачных улиц» . Новости метеорологии . Проверено 29 октября 2009 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )