Гидродинамические свойства поверхности моря Параметр шероховатости Ламинарные подслои

Гидродинамические свойства поверхности моря. Параметр шероховатости. Ламинарные подслои Z 0: U = 0; A ≠ 0 Z = - Z 0: A = 0 Z < Z 0: U' ≠ 0 L = K (Zo + Z), К – постоянная Кармана Z 0 – размерность длины, м (см, мм) Az = C (Z + Z 0)

Параметр шероховатости 1 U = U*/K[ln(Z/Z 0)] – логарифмический з-н распределения средней скорости ветра с высотой U* = UK/[ln(Z/Z 0)] Уровни измерения скорости ветра в ПС: Z 1, Z 2 U 1/U 2 = [ln(Z 1/Z 0)/ln(Z 2/Z 0)] Ln(Z 0) = (U 2 ln. Z 1 – U 1 ln. Z 2)/(U 2 – U 1)

Параметр шероховатости 2 Лабораторные эксперименты: Z 0 = ε/30, ε – средняя высота неровностей поверхности (геометрическая шероховатость) Естественные условия: ε/5 < Z 0 < ε/100 Очень гладкая поверхность (лед) Фирн Снежная поверхность Почва (плотная) Пашня Трава (поле) Пшеничное поле Лесистая местность 0. 001 см 0. 25 см 0. 5 см 1. 0 см 2. 0 см 3. 2 – 10 см 4. 0 -5. 0 см до 100 см

Параметр шероховатости 3 Z 0 = φ (U*) Чарнок (1958): Z 0 = m 0(U*2/g) – соображения размерности m – Const ( по Чарноку ≈ 0. 0123) U Россби, Монтгомери (1935), Кузьмин (1938) >3 м/с (таблицы Н. Н. Зубова, Самойленко В. С. И др. , 1959) Дикон, Шеппарт, Уэбб 1956) 5 -10 м/с Снопков В. Г. (1965), град. наблюд. > 6 м/с ≤ 6 м/с Кузнецов О. А. (1963), приведенные к Z = 1 м 2 м/с 2 -4 м/с 4 -6 м/с Z 0: 0. 6 см 0. 2 -0. 25 см 0. 001 -0. 07 см 18. 5 см 2. 5 см 1. 5 см

Параметр шероховатости 4 Каган Б. А (1962): Z 0 = φ [(U – Cf), h, λ, g/Tabs(γa – γ)], где: Cf, h, λ – средняя фазовая скорость волны, высота и длина волны; Tabs – абс. температура воздуха; γa, γ – адиабатический и действительный темпер. градиенты в ПС з соображений размерности: Z 0 = 0, 001 h/λ{(U – Cf)/[g/Tabs (γa – γ)] -0. 5} Зависит от крутизны волны (h/λ), возраста (Сf/U, в начальной стадии 0. 30. 4, развитое волнение ≈ 0. 7 -0. 8) Китайгородский С. А. , Волков Ю. А. (1965 -1970): 10 -5 – 10 см Z 0 = m 0 (U*2/g), m – не универс. постоянная, а зависит от хар-к волнения m – 0. 035 при массовых расчетах Z 0

Вязкий подслой 1 Трение – причина турбулентности и образования ламинарного подслоя (опыты в «гладких» аэродинамических трубах) Свердруп, Монтгомери ( «парадокс» ) – передача вод. пара и тепла над морем идет медленнее, чем можно ожидать, исходя о предположении турб. хар-ра движ-я вплоть до самой воды. Предположение о ламинар. подслое (ЛП)– ГИПОТЕТИЧНО (невозможно наблюдать), можно судить о его существования по косвенным признакам и по наблюдениям профиля Т вблизи границы вода-воздух.

Вязкий подслой 2 ЛП - беспрерывен или прерывен -? ? ? есть нет Аэрод. «гладкая» пов-ть (анализ размерностей): δν = λ*(ν/ U*) где: δν – искомая величина с размерностью длины, λ – постоянный множитель (7 – 27. 5), ν – коэффициент молекулярной кинематической вязкости в-ха, U* - динамическая скорость Самойленко В. С. (1952): δν = βz/UZ 0, 6 -0, 8 см (U=1 м/с, Z=2 -10 м) βZ = φ(Z) 0, 03 -0, 05 см (U > 10 см/с) Z = 1 см – 20 м βZ = 12. 5 – 86. 2

Вязкий подслой 3 ИК-измерения Тsuf и Тw на глубине 10 см и Та на высоте 10 см (волнение 2 -3 балла): Ta –Tsuf >> Tsuf – Tw ΔTa = Ta –Tsuf ΔTa ≈ 20ΔTw = Tsuf – Tw ΔTa/ ΔTw ≈ [(Cpρν)w/(Cpρν)a] ≈ 25 !!!! Основной вклад в общий перепад температур воздух – вода, измеренных при стандартных наблюдениях (воздух 2 -15 м, вода 20 -50 см), вносит температура слоев воздуха, прилегающих к воде!!!!! воде