След потока
След потока (также известный как след атмосферного потока или след) — это область с наветренной стороны , где генерируется атмосферный поток , измеряемый прибором. В частности, термин «след потока» описывает область против ветра, «видимую» приборами, измеряющими вертикальные турбулентные потоки, так что перенос тепла , воды , газа и импульса, генерируемый в этой области, регистрируется приборами. Другой часто используемый термин «выборка» обычно относится к расстоянию от башни при описании следа.
Визуализация концепции
[ редактировать ]
Рассмотрим прибор, измеряющий поток воды ( эвапотранспирацию ) на высоте нескольких метров над поверхностью в безветренную ситуацию. В таком случае прибор будет измерять эвапотранспирацию, генерируемую непосредственно под местом расположения прибора и переносимую вверх в основном за счет нетурбулентного обмена.
В ситуации сильного ветра ветер может сдуть воздух, находящийся под прибором. Ветер будет приносить воздух, образующийся где-то с наветренной стороны и в значительной степени поднимающийся вверх из-за турбулентного обмена. Таким образом, в первом случае след потока воды находился прямо под прибором, а во втором — где-то с наветренной стороны.
На соседнем изображении, чем темнее красный цвет, тем больший вклад вносит участок поверхности, находящийся на определенном расстоянии от инструмента. Большая часть вклада обычно исходит не из-под инструмента или с расстояния в несколько километров, а откуда-то посередине. Размер и форма следа также являются динамической областью, которая меняется со временем.
Математическая основа
[ редактировать ]
Атмосферный перенос можно рассматривать как лагранжеву модель переноса . В таком случае след представляет собой область совокупного вклада в измерение потока, рассчитанную на основе аналитических решений уравнения диффузии . Например, для почти нейтральных условий математическое представление следа потока будет таким, как показано на изображении выше. [1] [2]
Основные факторы, влияющие на след потока
[ редактировать ]Тремя основными факторами, влияющими на размер и форму следа потока, являются:
- высота измерения
- шероховатость поверхности
- атмосферы термическая стабильность
Увеличение высоты измерения, уменьшение шероховатости поверхности и изменение стабильности атмосферы с нестабильной на стабильную приведет к увеличению размера зоны воздействия и смещению пикового вклада от прибора. Верно и обратное. Уменьшение высоты измерения, увеличение шероховатости поверхности и изменение стабильности атмосферы со стабильной на нестабильную приведут к уменьшению размера зоны воздействия и смещению пикового вклада ближе к прибору.
Примеры
[ редактировать ]Справа приведен пример того, как влияет на след потока во всех трех случаях, на примере фактического потока эвапотранспирации (ET), измеренного над прерией в летний сезон.
На верхнем рисунке показан относительный вклад площади земной поверхности в поток для двух разных высот измерения при почти нейтральной стабильности. Обратите внимание, что высота измерения влияет не только на расстояние до пика, но и на величину пика и общее распределение зоны воздействия.
На среднем рисунке показан относительный вклад площади земной поверхности в поток для двух различных шероховатостей поверхности при почти нейтральной стабильности. Площадь под кривыми на графике выше и на двух графиках ниже в сумме составляет почти 100% вклада потока. Остальные несколько процентов потока исходят из зоны за пределами 500 м.
На нижнем рисунке показан относительный вклад площади земной поверхности в поток для двух различных случаев термической стабильности . [3]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- Бурба , Г.Г. 2001. Иллюстрация оценок потока, на которые влияют высота измерения, шероховатость поверхности и термическая стабильность. В К.Г. Хаббарде и М.В.К. Сивакумаре (ред.) Автоматизированные метеостанции для применения в сельском хозяйстве и управлении водными ресурсами: текущее использование и перспективы на будущее. Публикация Всемирной Метеорологической Организации № 1074. HPCS Линкольн, Небраска – ВМО Женева, Швейцария, 77-87.
- Финн Д., Ламб Б., Леклерк М.Ю. и Т.В. Хорст: 1996, Экспериментальная оценка аналитических и лагранжевых моделей следов потока в поверхностном слое, Метеорология пограничного слоя 80: 283-308.
- Гаш, JHC: 1986, Примечание об оценке влияния ограниченной выборки на микрометеорологические измерения испарения, Boundary-Layer Meteorology 35: 409-413.
- Хорст, Т.В.: 1979, Лагранжево подобие моделирования вертикальной диффузии от источника на уровне земли, Журнал прикладной метеорологии 18: 733-740.
- Леклерк, М.Ю. и Г.В. Тертелл: 1990, Прогноз следа скалярных потоков с использованием марковского анализа, Метеорология пограничного слоя 52: 247-258.
Цитирование
- Бурба, Джордж (ведущий автор); Катрин Готье (редактор темы). 2008. «След потока». В: Энциклопедия Земли. Ред. Катлер Дж. Кливленд (Вашингтон, округ Колумбия: Коалиция экологической информации, Национальный совет по науке и окружающей среде). [Опубликовано в Энциклопедии Земли 12 марта 2008 г.; Проверено 12 марта 2008 г.].
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Страницы 83–97 в Бурбе , Г. и Д. Андерсоне, 2010. Краткое практическое руководство по измерениям вихревых ковариационных потоков: принципы и примеры рабочего процесса для научных и промышленных приложений. [ постоянная мертвая ссылка ] LI-COR Biosciences, Линкольн, США, 211 стр.
- Весала Т., Н. Клюн, У. Ранник, Й. Ринне, А. Согачев, Т. Маркканен, К. Сабельфельд, Т. Фокен и М.Ю. Леклерк, 2008. Моделирование следов потоков и концентрации: современное состояние. Загрязнение окружающей среды 152, 653-666.
- Шмид, Х.П., 2002. Моделирование следов для исследований обмена растительности в атмосфере: обзор и перспективы. Сельскохозяйственная и лесная метеорология 113, 159–183.
- Обине М., Т. Весала, Д. Папале (ред.), 2012. Практическое руководство по измерениям и анализу данных. Шпрингер, Германия, 438 стр.