Las leyes de la turbulencia atmosférica

Los experimentos de Reynolds han confirmado que para fluidos viscosos, la aparición de turbulencia depende del número de Reynolds del campo de flujo Re =υ/ (donde, υ son la viscosidad cinemática y la velocidad característica del fluido, respectivamente, y son la longitud característica). El número de Reynolds es la relación adimensional entre las fuerzas de inercia y viscosas que actúan sobre un fluido. Cuando se produce una perturbación en el fluido, la función de la fuerza de inercia es hacer que la perturbación obtenga energía de la corriente principal, mientras que la función de la fuerza viscosa es amortiguar la perturbación. Pero un número de Reynolds elevado es sólo una condición necesaria para que se produzca turbulencia. La aparición de turbulencias atmosféricas también requiere condiciones cinéticas y termodinámicas correspondientes. La cizalladura del viento es un factor dinámico que genera perturbaciones. Cuando la cizalladura del viento es lo suficientemente grande, puede hacer que las fluctuaciones sean inestables y se formen movimientos turbulentos. La distribución desigual de la temperatura es un factor térmico que afecta la turbulencia atmosférica. Cuando la distribución horizontal de la temperatura no es uniforme y la baroclinicidad es inestable (ver inestabilidad dinámica atmosférica), la perturbación atmosférica es fuerte y la velocidad y cizalladura horizontal del viento son grandes. Estos factores son beneficiosos para la generación y el desarrollo de turbulencias. cielos En estas zonas a menudo se producen turbulencias. La influencia de la distribución vertical de la temperatura sobre la turbulencia atmosférica depende de la estabilidad estática de la atmósfera. En condiciones de inestabilidad autoconvectiva, la generación y desarrollo de turbulencias son intensos. Generalmente, el número de Richardson (R) se puede utilizar para juzgar el efecto de la estabilidad sobre la turbulencia:

[108-01] donde es la temperatura potencial, es la aceleración de la gravedad, /z y /z son las La diferencia entre la temperatura potencial y la velocidad característica del viento. Cizalladura recta, 1/?/z es la estabilidad vertical de la atmósfera. El número de Richardson es la relación adimensional entre la energía turbulenta generada por el trabajo realizado por la flotabilidad y la energía turbulenta generada por el trabajo realizado por la tensión de Reynolds. En condiciones inestables, R<0, la fuerza de flotación realiza trabajo, lo que intensifica la turbulencia; en condiciones estables, R>0, el movimiento turbulento resistirá la fuerza de flotación, realizará un trabajo negativo y consumirá parte de la energía de la turbulencia. Cuando el número R alcanza un valor crítico, la turbulencia será completamente suprimida y transformada en flujo laminar u ondas. El número crítico de Richardson está aproximadamente entre 0,25 y 1, y el valor exacto necesita mayor confirmación experimental. Cuando R está cerca de cero, es una atmósfera neutra. En este momento, se desarrolla o suprime la turbulencia y se deben considerar otros factores físicos antes de poder realizar la determinación.