ИСТИНА

Теория Монина-Обухова (ТМО) описывает распределение с высотой турбулентных моментов в стационарном и однородном по горизонтали приземном слое. Эта теория произвела революцию в методах оценки турбулентного обмена атмосферы с поверхностью, а основанные на ТМО расчётные схемы давно стали “рутинным” компонентом систем прогноза погоды и моделей Земной системы. Несмотря на многочисленные попытки, проблема обобщения этой теории на случай неоднородной подстилающей поверхности к настоящему времени не решена. При этом, формальное использование ТМО для неоднородных ландшафтов приводит как к резкому расхождению расчётов с эмпирическими данными, так и к их согласию [1]. Это указывает на наличие в неоднородных ландшафтах различных режимов течения, некоторые из которых по своим статистическим свойствам могут приближаться к свойствам однородного погранслоя. Все статистические моменты (средние величины, потоки, турбулентная кинетическая энергия (ТКЭ) и т.д.) гидродинамических полей описываются точными уравнениями баланса [2], которые включают слагаемые генерации, диссипации и переноса соответствующего момента. Степень неоднородности и нестационарности приземного слоя можно оценить отношением членов, включающих горизонтальные производные и тенденцию момента, к остальным членам. Современные акустические анемометры позволяют оценить почти все члены этих уравнений, кроме работы сил давления и диссипативных слагаемых. Но скорость диссипации ТКЭ можно рассчитать из спектра ТКЭ, используя закон “-5/3”. Коллективом соавторов с 2014 г. проводится серия зимних экспедиций, в которых с помощью набора горизонтально и вертикально разнесённых акустических анемометров измеряются пульсации температуры и трёхмерной скорости ветра. Эти измерения сопровождаются теплобалансовыми измерениями в снежном покрове и наблюдением составляющих радиационного баланса. Эксперименты организуются на небольших полянах или замёрзших озёрах размером до ~100 м. В эксперименте 2017 г. на оз. Кисло-Сладкое (рядом с Беломорской биологической станцией (ББС) МГУ) было показано, что поток явного тепла, полученный из прямых измерений пульсационным методом, хорошо согласуется с потоком, рассчитанным из теплового баланса снежно-ледяного покрова. Кроме того, на случае адвекции тёплой воздушной массы было показано, что поток тепла в приземном слое H может формироваться не вследствие взаимодействия с подстилающей поверхностью, а по причине турбулентного переноса величины H из находящейся над неоднородным ландшафтом более тёплой части пограничного слоя. В докладе также приводятся первые результаты оценок слагаемых баланса турбулентных моментов по данным экспедиции на ББС МГУ, проведённой с 25 января по 8 февраля 2018 г. Работа поддержана грантом Российского научного фонда (грант 17-17-01210). Литература [1] K. V. Barskov, R. V. Chernyshev, V. M. Stepanenko et al. Experimental study of heat and momentum exchange between a forest lake and the atmosphere in winter. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. — 2017. — Vol. 96, no. 1. — P. 012003. [2] Монин А.С., Яглом, А.М. Статистическая гидромеханика. Часть 1. Под ред. Г.С. Голицына. М.: Наука, 1965 – 640 с.