Численное моделирование развитой горизонтальной циркуляции в атмосферном пограничном слое
Автор: Пономарев Василий Михайлович, Чхетиани Отто Гурамович, Шестакова Лидия Валентиновна
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 1 т.2, 2009 года.
Бесплатный доступ
Построена численная модель, описывающая динамику организованных вихревых структур в экмановском пограничном слое атмосферы, учитывающая влияние турбулентной спиральности. Результаты численного моделирования воспроизводят вихри с размерами и периодичностью, близкими к наблюдаемым в эксперименте. Наблюдается также согласование с теоретическими представлениями об ослаблении энергетического каскада в сторону мелкомасштабных мод при наличии спиральности.
Пограничный слой атмосферы, турбулентность, спиральность, организованные вихревые структуры, численное моделирование
Короткий адрес: https://sciup.org/14320459
IDR: 14320459
Numerical modelling of the developed horizontal circulation in the atmospheric boundary layer
A numerical model taking into account the turbulent helicity effect has been developed to describe the dynamics of organized vortex structures in the Ekman atmospheric boundary layer. The numerical results indicate that the vortices have the sizes and periodicity close to those observed experimentally. The obtained results are found to be consistent with the theoretical predictions for the helicity effect on direct energy cascade weakening toward small-scale modes.
Список литературы Численное моделирование развитой горизонтальной циркуляции в атмосферном пограничном слое
- Walter B.A., Oberlander J. Observation of longitudinal rolls in near neutral atmosphere//Monthly Weather Review. -1982. -№ 112. -P. 200-208.
- Орданович А.Е. Математическое моделирование «облачных» улиц в пограничном слое атмосферы//Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. -1988. -№ 24. -С. 922-931.
- Ginis I., Khain A.P., Morozovsky E. Effects of large eddies on the structure of the marine boundary layer under strong wind conditions//J. Atmos. Sci. -2004. -№ 64. -P. 3049-3063.
- Орданович А.Е., Пашковская Ю.В. Влияние термической стратификации на устойчивость экмановского течения//Изв. РАН. Механика жидкости и газа. -1998. -№ 3. -С. 71-75.
- Kaylor R.E. and Faller A. Instability of the stratified Ekman boundary layer and the generation of internal waves//J. Atmos. Sci. -1972. -V. 29, № 3. -P. 497-509.
- Браун Н.А. Аналитические методы моделирования планетарного пограничного слоя -Л.: Гидрометеоиздат, 1976. -151 с.
- Lilly D.K. On the stability of Ekman boundary flow//J. Atmos. Sci. -1966. -№ 23. -P. 481-494.
- Weckwerth T.M., Wilson J.W., Wakimoto R.M., Crook N.A. Horizontal Convective Rolls: Determining the Environmental Conditions Supporting their Existence and Characteristics//Monthly Weather Review. -1997. -V. 125 (4). -P. 505-526.
- Пономарев В.М., Хапаев А.А., Чхетиани О.Г. Роль спиральности в формировании вторичных структур в экмановском пограничном слое//Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. -2003. -Т. 39, № 4. -С. 435-444.
- Орданович А.Е., Пашковская Ю.В. Исследование устойчивости неоднородного экмановского пограничного слоя//Вестн. Моск. ун-та. Сер.1. Математика, механика. -1995. -№ 3. -С. 53-59.
- Курганский М.В. Связь между спиральностью и потенциальным вихрем в сжимаемой вращающейся жидкостью//Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. -1989. -Т. 25 (12). -C. 1326-1329.
- Hide R. Superhelicity, helicity and potential vorticity. Geophys//Astrophys. Fluid Dyn. -1989. -V. 48. -P. 69-79.
- Копров Б.М., Копров В.М., Пономарев В.М., Чхетиани О.Г. Измерение турбулентной спиральности и ее спектра в пограничном слое атмосферы//ДАН. -2005. -Т. 403 (5). -С. 627-630.
- Etling D. Some aspects of helicity in atmospheric flows//Beitraege zur Physik der Atmosphaere http://www.met.fu-berlin.de/dmg/dmg_home/physikda.html>. -1985. -V. 58. -P. 88-100.
- Чхетиани О.Г. О спиральной структуре Экмановского пограничного слоя. Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. -2001. -Т. 37, № 5. -С. 614-620.
- Пономарев В.М., Чхетиани О.Г., Шестакова Л.В. Нелинейная динамика крупномасштабных вихревых структур в турбулентном Экмановском слое//Изв. РАН. Механика жидкости и газа. -2007. -№ 2. -С. 81-91
- Михайлова Л.А., Орданович А.Е. Моделирование двухмерных упорядоченных вихрей в пограничном слое атмосферы//Метеорология и гидрология. -1988. -№ 11. -С. 29-42.
- Mason P., Sykes R. A two-dimensional numerical study of horizontal roll vortices in the neutral atmospheric boundary layer//Quart. J. Roy. Met. Soc. -1980. -V. 106, N. 448. -С. 351-366.
- Deardorf J.W. Numerical investigation of neutral and unstable planetary layer//J. Atmos. Sci. -1972. -V. 29. -P.91-115.
- Coleman G.N., Ferziger J.H., Spalart P.R. A numerical study of the turbulent Ekman layer//J. Fluid Mech. -1990. -V. 213. -P. 313-348.
- Coleman G.N., Ferziger J.H., Spalart P.R. A numerical study of the convective boundary layer//Boundary-Layer Meteor. -1994. -V. 70, № 3. -P. 247-272.
- Пономарев В.М., Чхетиани О.Г. Полуэмпирическая модель пограничного слоя атмосферы с параметризацией влияния турбулентной спиральности.//Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. -2005. -Т. 41, № 4. -С. 464-479.
- Тарунин Е.Л. Вычислительный эксперимент в задачах свободной конвекции. -Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 1990. -228с.
- Роуч П. Вычислительная гидродинамика. -М.: Мир, 1980. -618с.
- Arakawa A. Computational Design for Long-Term Numerical Integration of the Equations of Fluid Motion: Two-Dimensoinal Incompressible Flow//Journal of Computational Physics. -1997. -V. 135. -P. 103-114.
- Самарский А.А., Гулин А.В. Численные методы. -М.: Наука, 1989. -432с.
- Brooks I.M., Rogers D.P. Aircraft Observations of Boundary Layer Rolls off the Coast of California//J. Atmos. Sci. -1997. -V. 94. -P. 1834-1849.
- LeMone M.A. The structure and dynamics of horizontal roll vortices in the planetary boundary layer//J. Atmos. Sci. -1973. -V. 30. -P. 1077-1091.
- Foster R.C. An analytic model for planetary boundary roll vortices:/Ph. D. thesis, University of Washington. -Seattle, 1996. -195 p.
