Том 35, номер 07, статья № 5

Аннотация:

Приведены результаты сравнения модельных оценок высоты слоя перемешивания в пограничном слое атмосферы в условиях приземных инверсий температуры воздуха с экспериментальными оценками высоты слоя интенсивного турбулентного теплообмена. Экспериментальные данные, необходимые для этих оценок, получены с помощью температурно-ветрового комплекса, включающего метеорологический акустический локатор (содар), метеорологический температурный профилемер и ультразвуковые анемометры-термометры. Показано, что в условиях приземных инверсий температуры высота слоя перемешивания, рассчитанная по модельным формулам, как правило, существенно меньше высоты слоя турбулентного теплообмена.

Ключевые слова:

инверсия температуры, пограничный слой атмосферы, слой перемешивания, содар, температурный профилемер, турбулентный теплообмен, ультразвуковой анемометр-термометр

Список литературы:

1. Одинцов С.Л., Гладких В.А., Камардин А.П., Невзорова И.В. Высота области интенсивного турбулентного теплообмена в устойчиво стратифицированном пограничном слое атмосферы. Часть 1: Методика оценок и статистика // Оптика атмосф. и океана. 2020. Т. 33, № 10. С. 782–790; Odintsov S.L., Gladkikh V.A., Kamardin A.P., Nevzorova I.V. Height of the region of intense turbulent heat exchange in a stably stratified atmospheric boundary layer: Part 1 – Evaluation technique and statistics // Atmos. Ocean. Opt. 2021. V. 34, N 1. P. 34–44.
2. Одинцов С.Л., Гладких В.А., Камардин А.П., Невзорова И.В. Высота области интенсивного турбулентного теплообмена в устойчиво стратифицированном пограничном слое атмосферы. Часть 2: Взаимосвязь с приземными метеорологическими параметрами // Оптика атмосф. и океана. 2020. Т. 33, № 11. С. 880–889; Odintsov S.L., Gladkikh V.A., Kamardin A.P., Nevzorova I.V. Height of the region of intense turbulent heat exchange in a stably stratified boundary layer of the atmosphere. Part 2: Relationship with surface meteorological parameters // Atmos. Ocean. Opt. 2021. V. 34, N 2. P. 117–127.
3. Kamardin A.P., Gladkikh V.A., Mamyshev V.P., Nevzorova I.V. Odintsov S.L., Trofimov I.V. Estimation of the height of intense turbulent heat exchange layer in the stably stratified atmospheric boundary layer // Proc. SPIE. 2020. V. 11560. DOI: 10.1117/12.2574268.
4. Odintsov S.L., Gladkikh V.A., Kamardin A.P., Nevzorova I.V. Determination of the structure characteristic of refractive index of optical waves in the atmospheric boundary layer with remote acoustic sounding facilities // Atmosphere. 2019. V. 10, iss. 11. DOI: 10.3390/atmos10110711.
5. Richardson H., Basu S., Holtslag A.A.M. Improving stable boundary-layer height estimation using a stability-dependent critical bulk Richardson number // Bound.-Lay. Meteorol. 2013. V. 148, N 1. P. 93–109. DOI: 10.1007/s10546-013-9812-3.
6. Zhang Y., Gao Z., Li D., Li Y., Zhang N., Zhao X., Chen J. On the computation of planetary boundary-layer height using the bulk Richardson number method // Geoscie. Model Development. 2014. V. 7. P. 2599–2611. DOI: 10.5194/GMD-7-2599-2014.
7. Coen M.C., Praz C., Haefele A., Ruffieux D., Kaufmann P., Calpini B. Determination and climatology of the planetary boundary layer height above the Swiss plateau by in situ and remote sensing measurements as well as by the COSMO-2 model // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14. P. 13205–13221. DOI: 10.5194/acp-14-13205-2014.
8. Zilitinkevich S., Baklanov A. Calculation of the height of the stable boundary layer in practical applications // Bound.-Lay. Meteorol. 2002. V. 105, N 3. P. 389–409.
9. Holdsworth A.M., Monahan A.H. Turbulent collapse and recover in the stable boundary layer using an idealized model of pressure-driven flow with a surface energy budget // J. Atmos. Sci. 2019. V. 76, N 5. P. 1307–1327.
10. Pietroni I., Argentini S., Petenko I., Sozzi R. Measurements and parametrizations of the atmospheric boundary-layer height at dome C, Antarctica // Bound.-Lay. Meteorol. 2012. V. 143, N 1. P. 189–206.
11. Банах В.А., Смалихо И.Н., Фалиц А.В. Определение высоты слоя турбулентного перемешивания воздуха из лидарных данных о параметрах ветровой турбулентности. // Оптика атмосф. и океана. 2021. Т. 34, № 3. С. 169–184. DOI: 10.15372/AOO20210303.
12. Sun H., Shi H., Chen H., Tang G., Sheng C., Che K., Chen H. Evaluation of a method for calculating the height of the stable boundary layer based on wind profile lidar and turbulent fluxes // Remote Sens. 2021. V. 13. P. 3596. DOI: 10.3390/rs13183596.
13. Huang M., Gao Z., Miao S., Chen F., LeMone M.A., Li J., Hu F., Wang L. Estimate of boundary-layer depth over Beijing, China, using Doppler lidar data during SURF-2015 // Bound.-Lay. Meteorol. 2017. V. 162, N 3. P. 503–522. DOI: 10.1007/s10546-016-0205-2.
14. Zhong T., Wang N., Shen X., Xiao D., Xiang Z., Liu D. Determination of planetary boundary layer height with lidar signals using maximum limited height initialization and range restriction (MLHI-RR) // Remote Sens. 2020. V. 12. P. 2272. DOI: 10.3390/rs12142272.
15. Kotthaus S., Haeffelin M., Drouin M.-A., Dupont J.-C., Grimmond S., Haefele A., Hervo M., Poltera Y., Wiegner M. Tailored algorithms for the detection of the atmospheric boundary layer height from common automatic lidars and ceilometers (ALC) // Remote Sens. 2020. V. 12. P. 3259. DOI: 10.3390/rs12193259.
16. Schäfer K., Emeis S., Höß M, Cyrys J., Pitz M., Münkel C., Suppan P. On a relation between particle size distribution and mixing layer height // Proc. SPIE. 2011. V. 8177. P. 81770H-01–12. DOI: 10.1117/12.898194.
17. Dang R., Yang Y., Hu X., Wang Z., Zhang S. A review of techniques for diagnosing the atmospheric boundary layer height (ABLH) using aerosol lidar data // Remote Sens. 2019. V. 11. P. 1590. DOI: 10.3390/rs11131590.
18. Zhang H., Zhang X., Li Q., Cai X., Fan S., Song Y., Hu F., Che H., Quan J., Kang L., Zhu T. Research progress on estimation of the atmospheric boundary layer height // J. Meteorol. Res. 2020. V. 34, N 3. P. 482–498. DOI: 10.1007/s13351-020-9910-3.
19. Emeis S., Schäfer K., Münkel C., Friedl R., Suppan P. Comparison of different remote sensing methods for mixing layer height monitoring // Proc. SPIE. 2010. V. 7827. P. 782707-01–09. DOI: 10.1117/12.865108.
20. Seibert P., Beyrich F., Gryning S.-E., Joffre S., Rasmussen A., Tercier P. Review and intercomparison of operational methods for the determination of the mixing height // Atmos. Environ. 2000. V. 34, N 3. P. 1001–1027.
21. Зилитинкевич С.С., Тюряков С.А., Троицкая Ю.И., Мареев Е.А. Теоретические модели высоты пограничного слоя атмосферы и турбулентного вовлечения на его верхней границе // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2012. Т. 48, № 1. С. 150–160.
22. Steeneveld G.J., van de Wiel B.J.H., Holtslag A.A.M. Diagnostic equations for the stable boundary layer height: Evaluation and dimensional analysis // J. Appl. Meteorol. Climatol. 2007. V. 46, N 2. P. 212–225.
23. Гладких В.А., Невзорова И.В., Одинцов С.Л. Структура порывов ветра в приземном слое атмосферы // Оптика атмосф. и океана. 2019. Т. 32, № 4. С. 304–308. DOI: 10.15372/AOO20190408.
24. Камардин А.П., Гладких В.А., Одинцов С.Л., Федоров В.А. Метеорологический акустический доплеровский локатор (содар) «ВОЛНА-4М-СТ» // Приборы. 2017. № 4. С. 37–44.
25. Кадыгров Е.Н., Кузнецова И.Н. Методические рекомендации по использованию данных дистанционных измерений профилей температуры в пограничном слое микроволновыми профилемерами: теория и практика. Долгопрудный: Физматкнига, 2015. 171 с.
26. Кадыгров Е.Н., Ганьшин Е.В., Миллер Е.А., Точилкина Т.А. Наземные микроволновые температурные профилемеры: Потенциал и реальность // Оптика атмосф. и океана. 2015. Т. 28, № 6. С. 521–528. DOI: 10.15372/AOO20150604; Kadygrov E.N., Ganshin E.V., Miller E.A., Tochilkina T.A. Ground-based microwave temperature profilers: Potential and experimental data // Atmos. Ocean. Opt. 2015. V. 28, N 6. P. 598–605. DOI: 10.1134/S102485601506007X.
27. Гладких В.А., Макиенко А.Э. Цифровая ультразвуковая метеостанция // Приборы. 2009. № 7. С. 21–25.
28. Odintsov S., Miller E., Kamardin A., Nevzorova I., Troitsky A., Schröder M. Investigation of the mixing height in the planetary boundary layer by using sodar and microwave radiometer data // Environments. 2021. V. 8, N 115. DOI: 10.3390/environments8110115.
29. Аршинов М.Ю., Белан Д.Б., Давыдов Д.К., Савкин Д.Е., Скляднева Т.К., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В. Мезомасштабные различия в концентрации озона в приземном слое воздуха в Томском регионе (2010–2012 гг.) // Тр. ИОФАН. 2015. Т. 71. С. 106–117.
30. Kamardin A.P., Nevzorova I.V., Odintsov S.L. Statistics of air temperature inversions in the atmospheric boundary layer // Proc. SPIE. 2021. V. 11916. DOI: 10.1117/12.2602482.
31. Камардин А.П., Гладких В.А., Дервоедов А.С., Невзорова И.В., Одинцов С.Л., Федоров В.А. К вопросу о взаимосвязи вертикальных и горизонтальных турбулентных потоков тепла в пограничном слое атмосферы // Тр. XXV Междунар. симпоз. «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы». 30 июня – 5 июля 2019 г., Новосибирск. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2019. С. D263–D266. URL: https://symp.iao.ru/files/symp/aoo/25/D.pdf.
32. Гладких В.А., Невзорова И.В., Одинцов С.Л. Потоки тепла в приземном слое атмосферы с разложением исходных компонентов на различные масштабы // Оптика атмосф. и океана. 2021. Т. 34, № 2. С. 129–142. DOI: 10.15372/AOO20210208; Gladkikh V.A., Odintsov S.L., Nevzorova I.V. Heat fluxes in the surface air layer with decomposition of initial components onto different scales // Atmos. Ocean. Opt. 2021. V. 34, N 6. P. 668–681. DOI: 10.1134/S1024856021060130.
33. Гладких В.А., Невзорова И.В., Одинцов С.Л. Особые случаи вертикальных турбулентных потоков тепла на близких высотах в приземном слое атмосферы в зимний период // Оптика атмосф. и океана. Физика атмосферы: Материалы XXVII Международного симпозиума. 5–09 июля 2021 г., Москва. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2021. С. D285–D288. https://symp.iao.ru/files/symp/aoo/27/D.pdf.