Введение к работе
Актуальность темы. Влияние орографически неоднородной подстилающей поверхности сказывается на большинстве атмосферных процессов. В горных районах достоверный прогноз погоды, климата и загрязнений воздуха невозможен без учета бтого влияния. Однако, все еще недостаточно изучены орографические возмущения атмосфери в пределах тропосферы, которые приводят к различным деформациям структуры воздушных потоков: изменению значений составляющих средней скорости ветра, возникновению воля и роторов, возникновению основной турбулентности, блокированиэ потока перед препятствием, образовали» отрывных и возвратных течений и другим явлениям.
В большинстве исследований рассматривались воздушные поток;! над. горами, . с горизонтальная масштабом в несколько десятков километров, которые генерируют гравитационные волны, либо крупномасштабные горные массивы, влияющие на общую циркуляция атмосферы. Влияние гор с променуточными масштабами: примерно от 100 до 1С00 км, почти не исследовалось, хотя атмосферные движения таких масштабов играют важную роль в формировании воздушных течений в любом горном регионе и имеют большую прикладную ценность. Учет мезшетеорологичеоких закономерностей необходим при составлении оперативных методов прогнозов погоды, загрязнений атмосферы и развития атмосферной диффузии -в пересеченной меотноптк, а также при осуществлении программ в области ветроэнергетики и полотой небольших самолетов. Дополнительным стимулом к развито теоретических и экспериментальных исследований структури «г>р-
душных потоков над горным рельефом послужили реализации программ в области активних воэдейотвий о примененном наземных аэрозольных генераторов в горных условиях.
Теоретические и вісопєринентальвие исследования характе
ристик воздушных течений над горним рельефам в натурных и
лабораторных условиях, проводимые в последнее десятилетие,
позволили установить ряд ватных ваконоыерностей динамики та
ких течений. Но при натурных исследованиях трудно детально
описать процесс обтекания элементов горного рельефа, и кроме
того, натурные эксперименты слишком дорогостоящее. Теорети
ческому решению задачи мешает неэамкнутооть системы диффе
ренциальных уравнений, описывающих эти процессы, а также
возникающие при этом трудности в интерпретации ряда явлений
из-за неполного выполнения критериев подобия. Указанные
трудности в значительной степени ограничивают рамки примени
мости прямых «иазпериывнтавьных методов исследования. В связи
о этим большой интерес представляют физические модели как
инструмент для ішучения структуры воздушного потока, возму
щенного орографией, которые проще и дешевле натурных экспе
риментов. .
Цель и задачи исследования. Основная цель диссертационной работы состояла в разработке и исследовании физических моделей воздушных течений в атмосфере над орографичеоки неоднородной иодотилаюд.ай поверхностью. Достиление этой цели осуществлялось путем решения следующих задач:
- анализ существующих физических моделей стратифицированных воэдуишых потоков над горшад рельефом и метеорологических характеристик структуры таких течений;
разработка физической модели стратифицированного ь<.« душного потока для решения задачи обтекания горного дрроти н двумерной постановке: исследование различных релизов т«чч ния, в той числе аолнообраэоланиэ, возникновение рок >ров и островной турбулеитнооти; анализ профилей отиооиголышй їм рости потока над препятствием; физическое мод.шцкд<а.чи.-распространения примеси в стратифицированном иогока над v-u ным хребтом;
разработка метода физического моделирования тре;-,и-)р-ных потоков над высокогорными районами и сслдачие моделирующей установки;
- разработка циркуляционной модели атмосфери оа.Севан.
Научная новизна. На осноие анализа физических основ мз-
зометеорологичеоких процессов и критериев подобия в комплекс «критериев подобия стратифицированных течений нами введено число Рейнольдса как динамический критерий подобия. Показано соответствие динамической структуры турбулентній потоков а кваэидшииарном режиме в атмосфере и структуры стратифицированных ламинарных потоков жидкости. Для реаения двумерных задач методами физического моделирования создана моделирующая установка, отличающаяся существенно меньшим, чем у предыдущих моделей, влиянием боїсових стенок. Промоделированы процесом обтекания горного хребта стратифицировании»! потоком, обеспечивающим построение вертикальных профилей относительной скорости в возмущенной течении. При атом обнаружено возникновение двух локальних маїссимушп в вертикальном профиле относительной скорости. При физическом моделировании получены и проанализировали процессы волнообразования, нов-
никновеиия роторов и островной турбулентности. Показана связь квазиотацяонарных вихревых образований с волновыми процессами и двойным искривлением профиля скорости. Установлена связь формы рельефа и характера вихревых образований: в случае бливооти кривлены поверхности к кривизне полуцилиндра возникают роторные образования, а в случаях, когда основание во много раа больше высоты препятствия, образуются зоны повышенной турбулентности. Показана еозкокность физического моделирования распространения примесей в стратифицированной потоке на основе водко-солевих растворов и предложен критерий подобия для источника примесей. Промоделированы случаи распространения примеси около различных профилей горных хребтов. Разработана и создана установка для моделирования процесса обтекания трехмерных объектов. Промоделированы воздушные течения над высокогорным оз.Севан - базовым метеорологическим полигоном для испытания разрабатываемых комплексов наземных аэрозольных генераторов с дистанционной системой управления. Анализ ииещпхея метеорологических данных и проведенных экспериментов по физическому моделированию при различных направлениях обтекающего потока показал, что нам удалось создать циркуляционную модель. Сделано и обосновано предложение об оптимальной уотановке вышеназванного комплекса наземных генераторов на северном склоне Гегамского хребта, т.к. согласно циркуляционной модели именно здесь кабла-даются наиболее развитые вертикальные д тиснил, в частности, восходящие ТОІЇИ.
Научная и практическая ценность работы. Предложенный в диссертационной работе подход к параметризации стратифицированных течений в атмосфере и создание физических моделей может Сыть использован при моделировании стратвфишфаваниык воэдуаашх течений в атмосфере над орографически неоднородной подстилающей поверхность» любой сложности. Физические модели могут быть испольгозаш для расчета характеристик воьмущений в атмосфере, создаваемых горными препятствиями. Они могут бить полезными при исследованиях влияния различных горных рельефов на атмосферу. Относительная простота физический: моделей, не требующих значительных материально-технических затрат, позволяет осуществлять массовые эксперименты и расчеты структуры потока над препятствиями для реиенкя практических вадач метеорологии и фивики атмосферы.
Предмет защиты. На защиту выносятся результаты физического обоснования методов лабораторного моделирования атмосферных процессов, исследований деформационных свойств стратифицированных течений.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзном координационном совещании (Ереван, 1982), Всесоюзном симпозиуме по численному моделированию облакоосадкооОраэования (Москва, 1983), заседании межведомственной комиссии Госкомгидромета СССР (Ереван, 1985), семинаре кафедры физической гидродинамики КавГУ, конференции молодых специалистов, заседаниях метеорологической Секции Ученого совета КаэНИГШ.
РдУ^ТУРа 'л об?>ем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и ваключения, иодзхеикых на /// птра-
ницах. В работе имеется А таблиц, 27 риоунков и приложения на Z7 страницах. Список литературньк источников включает 65 наименований, и том числе і В иностранных. Общий объем работы составляет І25страниц.
