Перемежаемость колмогоровской и когерентной турбулентности в горном пограничном слое (обзор)
В.В. НОСОВ1, В.П. ЛУКИН1, П.Г. КОВАДЛО2, Е.В. НОСОВ1, А.В. ТОРГАЕВ1
1Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН, Томск, Россия
nosov@iao.ru
2Институт солнечно-земной физики СО РАН, Иркутск, Россия
kovadlo2006@rambler.ru
Ключевые слова: перемежаемость турбулентности, когерентная турбулентность, когерентная структура, спектр когерентной турбулентности, спектр когерентной структуры, связь колмогоровской и когерентной турбулентности
Страницы: 726-749
Аннотация
Настоящий обзор посвящен перемежаемости атмосферной турбулентности разных типов (колмогоровской и когерентной) в горном пограничном слое. Сделан краткий обзор мировой научной литературы по видам перемежаемости турбулентности для лучшего понимания места, которое занимает среди них перемежаемость разных типов. В связи с имеющимися в литературе различными толкованиями понятия когерентной турбулентности дополнены сделанные ранее авторами обзоры мировой научной литературы по когерентной турбулентности и когерентным структурам, в которых описаны механизмы появления (формирования) когерентной турбулентности и ее ключевые свойства, а также указаны связи и различия между когерентной и колмогоровской турбулентностью. К итогу обзоров можно отнести обсуждение современного научного представления о структуре турбулентности. Так, авторами настоящей статьи ранее (2008-2019) независимо было показано, что атмосферную турбулентность можно рассматривать как некогерентную смесь различных когерентных структур. Вместе с тем существует гипотеза Э. Хопфа (1948) о конечномерности аттракторов в фазовом пространстве решений уравнений Навье-Стокса. Физической расшифровкой этой гипотезы, как указывали А.С. Монин и А.М. Яглом (1991, 1992), является представление о структуре турбулентности как о пространственно-временном хаосе конечного числа взаимодействующих когерентных структур. Из сравнения указанных представлений видно, что результаты авторов фактически являются доказательством гипотезы Э. Хопфа в ее интерпретации, сформулированной А.С. Мониным и А.М. Ягломом. При этом «хаос» турбулентности является в значительной степени детерминированным. Обзорные результаты исследования перемежаемости турбулентности разных типов - итог многолетних экспериментальных исследований турбулентности акустическими и оптическими методами, выполненных авторами в высокогорных астрономических обсерваториях. Приведены зарегистрированные в оптико-метеорологических измерениях времена жизни турбулентности разного типа: колмогоровской и когерентной. Показано, что эффект перемежаемости типов турбулентности характеризует локальную структуру турбулентности над регионом размещения обсерваторий и позволяет выработать практические рекомендации относительно наиболее благоприятного режима проведения наблюдений в астрономических обсерваториях.
DOI: 10.15372/AOO20210909 |
