Вы здесь

Турбулентно-вітровий режим в граничному шарі атмосфери південного приморського міста

Автор: 
Білий Тарас Анатолійович
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2002
Артикул:
3402U003725
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

Раздел 2. Деформация ветрового переноса турбулентными потоками в пределах городской застройки
2.1. Техногенные термики и турбулентные облачные системы

Турбулентные домены и их внутренние эллипсоиды деформации с хаотическим направлением главных осей, понимаемые в дальнейшем как турбулентные вихри, своим появлением искривляют ветровой перенос, сложившийся над городской застройкой. Без учета отклоняющего влияния силы Кориолиса ветровые потоки стремились бы от высокого давления в сторону меньшего по прямой линии. Под влиянием отклоняющей силы это стремление ветрового переноса в обратном направлении градиента давления переходит в перенос вдоль изолиний с небольшим отклонением в сторону низкого давления. Однако контуры городской застройки и турбулентные эллипсоиды деформации, налагаясь на ветровой поток, искривляют его траекторию. При этом контуры городской застройки воздействуют на ветровой перенос посредством пристеночной турбулентности в виде доменов.
При усиленном ветровом переносе турбулентные эллипсоиды практически не влияют на его траекторию, но пристеночная турбулентность, образующаяся вокруг контуров городской застройки, в любом случае приводит к отклонению траекторий ветрового переноса. В этой ситуации ветровой поток выбирает кратчайшее направление обтекания препятствий и даже может кардинально менять траекторию, сложившуюся под влиянием градиента давления. Аналогичным образом на него могут воздействовать и облачные макродомены, так как ветровые потоки вовлечения сравнимы по мощности с ветровыми потоками общего градиентного переноса.
Таким образом, прямоугольные координаты области действия ветрового переноса внутри и над городской застройкой переходят в некую новую координатную систему, которая учитывает стационарные во времени контуры городской застройки и нестационарные препятствия в виде облачных систем. Кроме того, на общий ветровой перенос налагается влияние и бризовой циркуляции. Следовательно, основное направление ветрового переноса над городом определяется в другой геометрии пространства, в котором уже ветровой поток выберет кратчайшее направление.
Климатические розы ветров, получаемые на метеорологических станциях, расположенных в окрестности города, в основном указывают направления ветровых переносов. Но контуры городских застроек и термики конвекции, получающиеся над перегретыми участками техногенно перестроенной поверхности города, в целом существенно меняют указанные в розах ветров направления ветровых потоков над городом, а также могут существенно искажать фон бризовой циркуляции. При значительной зоне техногенного влияния ветровой климат города может существенно отличаться от ветрового климата окрестных территорий. Все это способно оказать влияние и на вентиляцию зоны застройки, а тем самым изменить комфортность территории города, его санаторно-курортной зоны. Наличие такого влияния заметно даже визуально по загазованности проспектов и по концентрациям загрязняющих веществ в воздушном бассейне над городом. Поэтому для больших курортных городов необходим учет сложившегося в них турбулентного режима, тем более что этот режим находится под все большим влиянием новых техногенных воздействий. В работах [12,32,40-42,48,80] подробно изложена ситуация промышленного загрязнения воздушного бассейна над г. Одессой и прилегающими территориями. Они свидетельствуют, что значительная часть городской застройки почти не подвергается вентиляции и ее территория выходит из санаторно-курортной зоны как непригодная по качеству воздуха для оформления рекреационной зоны. Поэтому возникает необходимость детального расчета вентиляционных потоков, на основе которых можно создавать план рекреационных мероприятий.
Положив в основу учет принципа наименьшего действия, выражающегося, в данном случае, в возможности построения траекторий кратчайших ветровых переносов вдоль барического градиента в условиях турбулентного воздействия на них, получаем возможность рассчитать реальные струи ветровых потоков над городом. Для этого, в первую очередь, надо определить метрику пространства, в котором должны протекать упомянутые струи. Под метрикой пространства понимается кратчайшее расстояние между двумя точками. В прямоугольной геометрии это, естественно, прямая линия. В воздушном пространстве, искривленном контурами городской застройки и тепловыми потоками конвективных термиков, прямые линии превращаются в линии кратчайших деформаций, которые описываются тензором деформации. Над большой территорией тензор деформации превращается в поля его компонент.
Рассмотрим гипсометрические разрезы центральной части г. Одессы, приведенные на рис. 2.1.1.:

Рис.2.1.1. Гипсометрические разрезы центральной части г. Одессы. Ряд 1 соответствует разрезу по району Пересыпь; ряд 2 - по району порта; ряд 3 - по району ул. Базарной; ряд 4 - по району рынка Привоз. Высоты приведены в метрах.

Соответственно рис.2.1.1 над возвышенной частью города обычно формируется техногенный конвективный термик или серия термиков. Над зоной снижения городского рельефа тоже формируется термик, но основание уровня конденсации его будет на сравнимой высоте с термиками над высотной частью города, но вертикальные токи у земной поверхности, идущие к основанию термика, будут, естественно, ниже, чем они же над высотной частью города. Поэтому в низинных частях скапливаются загрязнения, т.к. воздушная вентиляция отсутствует.
Техногенные термики ввиду малой площади городской застройки не могут оформиться в виде ячейки Бенара и перемещаются под воздействием ветра и турбулентных потоков. Поэтому они должны пониматься как турбулентные образования, которые не могут создать целенаправленного вентиляционного эффекта. Попадая в бризовые потоки, они вносят искажения в ход бризовой циркуляции и являются турбулизирующим фактором, а сама площадь техногенной застройки является источником крупномасштабной турбулентности с турбулентными эллипсоидами с квазигоризонтальной ориентацией г