Длина шероховатости - Roughness length

График типичного профиля бревенчатого ветра в статически нейтральных условиях. Длина шероховатости играет роль в определении склон линии.

Длина шероховатости ( ${ displaystyle z_ {0}}$ ) это параметр некоторых уравнений вертикального профиля ветра, которые моделируют среднюю горизонтальную скорость ветра у земли. в профиль ветра журнала, это эквивалентно высоте, на которой скорость ветра теоретически становится равной нулю в отсутствие препятствий, замедляющих ветер, и в нейтральных условиях. На самом деле ветер на такой высоте больше не подчиняется математическому логарифму. Он назван так потому, что обычно связан с высотой местности. элементы шероховатости (то есть выступы и / или углубления в поверхности). Например, леса имеют гораздо большую длину неровностей, чем тундра. Длина шероховатости точно не соответствует какой-либо физической длине. Однако его можно рассматривать как представление шероховатости поверхности в масштабе длины.^[1].

Математическая основа

Длина шероховатости ${ displaystyle z_ {0}}$ появляется в выражении для средней скорости ветра ${ displaystyle u_ {z}}$ у земли, полученный с помощью Теория подобия Монина – Обухова.^[2]:

${ displaystyle u_ {z} = { frac {u _ {*}} { kappa}} left [ ln left ({ frac {zd} {z_ {0}}} right) + psi left ({ frac {zd-z_ {0}} {L}} right) right],}$

куда

${ displaystyle u _ {*}}$ это скорость трения
${ displaystyle kappa}$ это Константа фон Кармана
${ displaystyle z}$ это высота (от земли)
${ displaystyle d}$ - высота плоскости смещения (измеренная от земли), которая представляет собой смещение, которое учитывает препятствия, замедляющие ветер, такие как здания, деревья или любые другие конструкции, которые препятствуют потоку
${ displaystyle L}$ это Длина Монина-Обухова (которая определяется как высота, на которой плавучесть и сдвиг ветра одинаково эффективны для создания турбулентность )
${ displaystyle psi}$ поправочный коэффициент на стабильность, с ${ displaystyle psi = 0}$ индикация статически нейтральных условий^[2]. Статически нейтральные условия, когда температура воздуха монотонно увеличивается с высотой.^[3].

В простейшем возможном случае (статически нейтральные условия и отсутствие препятствий, замедляющих ветер), средняя скорость ветра упрощается до:

${ displaystyle u_ {z} = { frac {u _ {*}} { kappa}} ln left ({ frac {z} {z_ {0}}} right).}$

Это обеспечивает метод расчета длины шероховатости путем измерения скорости трения и средней скорости ветра (на известной высоте) в заданном, относительно плоском месте (в нейтральных условиях) с использованием анемометр^[4]. Следует отметить, что в этой упрощенной форме профиль ветра бревна идентичен по форме размерному закон стены.

Заявление

Приблизительно длина шероховатости составляет примерно одну десятую высоты элементов шероховатости поверхности. Например, короткая трава высотой 0,01 метра имеет длину шероховатости примерно 0,001 метра. Поверхности становятся более шероховатыми, если на них больше выступов. Например, леса имеют гораздо большую длину неровностей, чем тундра. Длина шероховатости является важным понятием в городской метеорологии, так как строительство высоких сооружений, таких как небоскребы, влияет на длину шероховатости и характер ветров.

Описание местности	${ displaystyle z_ {0}}$ (м)
Открытое море, Принести не менее 5 км	0.0002
Грязевые равнины, снег; без растительности, без препятствий	0.005
Открытая равнинная местность; трава, несколько изолированных препятствий	0.03
Низкий урожай; случайные большие препятствия, х / ч > 20	0.10
Высокие урожаи; рассеянные препятствия, 15 < х / ч < 20	0.25
парковая зона, кусты; многочисленные препятствия, х / ч ≈ 10	0.5
Регулярное покрытие больших препятствий (пригород, лес)	1.0
Центр города с многоэтажными и малоэтажными домами	≥ 2

^[5]

Отношение к другим показателям шероховатости

Длина шероховатости - это одна из многих возможных мер шероховатости поверхности. Например, в классической механике коэффициент трения обычно используется для измерения шероховатости поверхности, поскольку она относится к силе, действующей на другой контактный объект. А в гидродинамике гидравлическая шероховатость является мерой сопротивления, которое испытывает вода при движении по суше или по каналу. Все эти меры в конечном итоге происходят из сил трения, которые возникают из-за неровностей на соответствующих поверхностях.

внешняя ссылка

Смотрите также

Этот климатология /метеорология –Связанная статья является заглушка. Вы можете помочь Википедии расширяя это.

[1] Э. Линакр и Б. Гертс. «Длина шероховатости». http://www-das.uwyo.edu/~geerts/cwx/notes/chap14/roughness.html.

[amsglossary-2] а ^б Глоссарий по метеорологии Американского метеорологического общества. «длина аэродинамической шероховатости». https://glossary.ametsoc.org/wiki/Aerodynamic_roughness_length.

[3] Стулл, Роланд. «Статическая стабильность и зондирование атмосферы». https://www.eoas.ubc.ca/courses/atsc113/flying/met_concepts/03-met_concepts/03b-static-stability/index.html.

[4] Национальный центр атмосферных исследований Лаборатория наблюдения Земли. «Расчет длины шероховатости и высоты смещения». https://www.eol.ucar.edu/content/calculation-roughness-length-and-displacement-height.

[5] Руководство ВМО по метеорологическим приборам и методам наблюдений ВМО-№. 8 стр. I.5-13

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]