|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Статистический анализ атмосферной турбулентности в условиях городской застройкидипломная работа (Магистр)
- Научные руководители: Степаненко В.М., Гавриков А.В.
- Автор: Дрозд И.Д.
- Тип: Магистр
- Организация, в которой проходила защита: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Год защиты: 2023
- Аннотация: Изучение механизмов формирования турбулентности пограничного слоя в условиях города – перспективное и актуальное направление в рамках городской метеорологии. Обзор основ существующей теории ПСА показал, что использующийся для описания динамики пограничного слоя теоретический аппарат на данный момент все еще несовершенен, и нуждается в улучшении, для его потенциального развития необходимы дальнейшем исследования, базирующиеся на эмпирических данных натурных наблюдений. В проделанной работе на основе измерений микрометеорологической мачты МО МГУ с ноября 2019 г. по май 2023 г. были подтверждены следующие закономерности, полученные ранее для других неоднородных ландшафтов: Турбулентные возмущения компонент скорости в условиях городской застройки растут с высотой. • Турбулентная скорости трения. • кинетическая энергия пропорциональна квадрату Коэффициент А, показывающий вклад вертикальных движений в турбулентную кинетическую энергию, оказался больше теоретического значения для однородной поверхности. • Коэффициент сопротивления определяется типом поверхности, над которым формируется поток, со значениями 0.08 и 0.05 и с уровнями шероховатости 2.75 и 1.79 м на 11.1 м для урбанизированной и озеленённой поверхности в окрестности МО МГУ, соответственно. • В ходе проделанной работы, впервые на длинном временном ряде данных (с 01.11.19 по 31.05.20) подтверждена алгебраическая зависимость моментов разных порядков, предполагающая наличие организованных турбулентных структур, в условиях различной стратификации над поверхностью сложной геометрической формы. Кроме того, впервые справедливость в статистическом смысле гипотезы Зилитинкевича была продемонстрирована для третьих моментов компонент скорости. В работе было продемонстрировано, что статистическое распределение третьих моментов не соответствует нормальному распределению, так что стандартные методы оценки достоверности гипотез относительно этих моментов 70 (тест Стьюдента и оценка доверительных интервалов) недостаточно обоснованы. Использование бутстрап-метода позволяет получить более детальную статистическую информацию о параметрах диагностической связи турбулентных моментов разных порядков и учесть особенности эмпирического распределения изучаемых характеристик. Анализ полученных бутстрап-методом функций плотности вероятности коэффициентов линейной регрессии и детерминации подтвердил выводы, сделанные на основе регрессионного анализа. Установлено, что диагностическая связь третьих со вторыми моментами по гипотезе Зилитинкевича и соавт. (Zilitinkevich et al., 1999; Abdella and McFarlane, 1997) для температуры (𝑤 ′ 𝑤 ′ 𝑇 ′ , 𝑤 ′ 𝑇 ′ 𝑇 ′ ) и компонент импульса (𝑤 ′ 𝑢 ′ 𝑢 ′ , 𝑤 ′ 𝑣 ′ 𝑣 ′ ) выполняется над городской поверхностью в 70% случаев со значениями безразмерной константы от 0.5 до 2 (в 80% без учета 𝑤 ′ 𝑣 ′ 𝑣 ′ ). Статистическая значимость и параметры диагностических формул для третьих моментов 𝑤 ′ 𝑤 ′ 𝑇 ′ , 𝑤 ′ 𝑇 ′ 𝑇 ′ зависят от условий стратификации, а 𝑤 ′ 𝑢 ′ 𝑢 ′ , 𝑤 ′ 𝑣 ′ 𝑣 ′ от направления преобладающего ветра, зависимости от характера подстилающей поверхности установлено не было. Наиболее точно обсуждаемая гипотеза описывает соотношение третьих и вторых моментов для 𝑤 ′ 𝑢 ′ 𝑢 ′ , это соотношение наблюдается в 93% случаев при среднем 𝑅 2 > 0.6 (за исключением сектора ориентированного перпендикулярно 𝑢 компоненте скорости ветра), в то время как 𝑤 ′ 𝑣 ′ 𝑣 ′ слабо описывается моделью линейной регрессии с единичным угловым коэффициентом. Для третьих моментов 𝑤 ′ 𝑤 ′ 𝑇 ′ , 𝑤 ′ 𝑇 ′ 𝑇 ′ при нейтральной стратификации в 78% случаев была отмечена тенденция к завышению коэффициента С относительно других условий стратификации. В условиях устойчивой и неустойчивой стратификации значения коэффициента С для 𝑤 ′ 𝑤 ′ 𝑇 ′ чаще всего лежат в диапазоне от 1 до 2, для 𝑤 ′ 𝑇 ′ 𝑇 ′ – в диапазоне от 0.5 до 1. Для 𝑤 ′ 𝑤 ′ 𝑇 ′ , 𝑤 ′ 𝑇 ′ 𝑇 ′ наиболее строго изучаемое соотношение выполняется в условиях неустойчивой стратификации. На этом работа по изучению турбулентности в условиях городской застройки по данным микрометеорологической мачты МО МГУ не закончена. Использованный для обработки данных микрометеорологической мачты скрипт продолжает оптимизироваться и дополняться новыми функциями. В обозримом будущем планируется нарастить мачту и дополнить новыми измерительными уровнями. Также в ходе работы с данными был поставлен ряд вопросов, на которые 71 в рамках дипломной работы ответ дан не был, однако в будущем они будут рассмотрены более детально. Благодарности Данные измерений метеорологической обсерватории МГУ были любезно предоставлены Ждановой Е.Ю.
- Добавил в систему: Степаненко Виктор Михайлович