Анотація до роботи:

Білий Т.А. “Турбулентно-вітровий режим в граничному шарі атмосфери південного приморського міста”. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук за спеціальністю 11.00.09 – метеорологія, кліматологія, агрометеорологія. – Одеський державний екологічний університет, Одеса, 2002 .

Для розрахунку вентиляції міської забудови розглянуті механізми розвитку турбулентності в межах міської забудови. Введено поняття доменів турбулентності та їх зв’язок з конвективними терміками. Надано аналіз механізмів розвитку турбулентності в межах міста та його окраїн. Розглянуто зв’язок термічної конвекції з випаровуванням від внутрішніх водоймищ та з поверхні моря. Наведено докладний аналіз формування конвекції по Бенару та її взаємодії з бризовою циркуляцією. Введено принцип найменшої дії при розрахунках формування вітрового переносу в межах орографічних ландшафтів південних приморських міст. Отримані карти вітрових потоків на прикладі м. Одеси для літнього періоду.

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і здійснено нове вирішення наукової задачі, що полягає в розробці моделі неізотропної по горизонталі турбулентності на основі методів нерівноважної термодинаміки.

В результаті виконаної роботи можна зробити такі висновки:

1. В районах техногенної забудови виникає особливий вид турбулентного режиму, який названий доменами турбулентності. Він характеризується однаковою орієнтацією осей турбулентних вихорів, всередені яких виникають турбулентні утворення у вигляді еліпсоїдів деформації з хаотичною орієнтацією основних осей. Під дією місцевих вітрових потоків, наприклад бризів, макродомени техногенних терміків, зміщуючись в бік моря, вносять режим техногенної турбулентності в прилеглий шар повітря над акваторією і сприяють утворенню конвективного осередку Бенара.

2. Район розвитку техногенної турбулентності є джерелом макротурбулентних вихорів над морем, які надалі під впливом на них теплових потоків перетворюються в детермінірований режим конвекції над морем, виражений в утворенні над значно більш обширною територією осередків Бенара закритого типу. Такий процес названо режимом виродження турбулентності під впливом зовнішніх енергетичних потоків. При наявності можливості розвитку вологої конвекції, як над містом, так і над морем, процес, що описано, інтенсифікується і супроводжується посиленими місцевими вітрами, які суттєво відрізняються від звичайного режиму місцевих вітрів, переважаючих над сусідніми територіями, віддаленими від районів техногенної забудови.

3. Вітровий режим над містом складається із суми вітрів синоптичного процесу і місцевої циркуляції, на яку накладаються потоки вітрів втягнення в конвективні терміки та у підінверсійні струми. Всі ці вітри знаходяться під впливом місцевої орографії і контурів техногенної забудови, а також теплових контрастів підстильної поверхні. Все це разом створює багатофакторний режим розвитку вітрових потоків над містом.

4. Деформаційна картина скривлення вітрових потоків над містом може бути охарактеризована над досить великою територією одним тензором деформації, що локалізований у центрі техногенної забудови.

5. Накладені геометричні перепони суттєво деформують картину вітрів бризової циркуляції, а також і розподіл вітрів від текучого синоптичного процесу, так, що загальна картина вітрів над містом і його окраїнами суттєво змінюється, тобто вона відображає здатність міста до вентиляції його повітряного басейну.

6. Техногенний вплив міської забудови є як джерелом турбулентності, так і засобом для виродження турбулентності, що призводить до виникнення грозової конвекції, і тим самим, до посилення вентиляції повітряного басейну над містом та його окраїнами.

7. Метричний деформаційний тензор для можливості його застосування в операціях варіаційно-тензорного обчислення необхідно параметризувати аналітичним ансамблем, котрий має властивості аналітичності і неперервності по всій області рішення.

8. Найкращею параметризацією метричного тензора є лінійна на основі віток алгебраїчних функцій, що розташовані на різних рівнях по вертикальній координаті.

9. Вперше для розрахунку реальних вітрів над містом рекомендовано принцип найменшої дії, під впливом якого сумарний вітровий потік діє по найкоротшій відстані між пунктами з високим і низьким тиском, яке і вибирається з обходом всіх перелічених вище накладень.

10. Вітровий режим граничного шару атмосфери над малою територією не може задовольняти спіралі Екмана, якщо сума впливаючих на нього факторів істотно перевищує внесок відхиляючої сили оберту Землі. Спіраль Екмана більше відповідає граничному шару атмосфери, що формується лише під впливом крупномасштабних синоптичних процесів, в котрих серед діючих факторів сила Кориоліса грає вирішальну роль.

11. Вітровий режим, що складається над районами техногенної міської забудови, суттєво відрізняється від вітрового режиму окраїн в зв’язку з перевагою в його формуванні факторів техногенного походження. Локальні “міські” вітри звичайно мають стійкий за часом режим і змінюються лише при суттєвій зміні мікрометеорологічного режиму над містом, якій залежить в основному від сезону.

Підсумковий висновок дослідження полягає в тому, що розроблена на прикладі м. Одеса модель неізотропної по горизонталі турбулентності, і обчислені на її основі можливі зміни вітрових потоків в межах міської забудови і оточуючої її рекреаційної зони можуть бути використані при плануванні розміщення житлових масивів та курортно-лікувальних комплексів на території великого промислового міста, а також при рішенні задач захисту повітряного середовища від забруднення.

Публікації автора:

1. Белый Т.А. Усовершенствованная экмановская модель атмосферного пограничного слоя // Метеорология, климатология и гидрология, 1999.- Вып.36.- С. 73-82.

2. Тарнопольский А.Г., Белый Т.А. Система экмановских пограничных слоев атмосферы и моря // Метеорологія, кліматологія та гідрологія, 2000.- Вип.41.- С. 107-117.

3. Белый Т.А. Тензор кривизны поверхности пограничного слоя атмосферы // Метеорологія, кліматологія та гідрологія, 2001.- Вип.43.- С. 20-26.

4. Белый Т.А. Горизонтальный турбулентный обмен в бризовой циркуляции // Метеорологія, кліматологія та гідрологія, 2001.- Вип.44.- С. 55-61.