Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Краткий обзор литературы 9
1.1. Моделирование процессов в озоносфере 9
1.2. Исследование атмосферных примесей во время солнечного затмения 13
1.3. Вопросы возбуждения и распространения внутренних гравитационных волн 15
1.4. Теоретические и экспериментальные исследования горных подветренных волн 18
1.5. Озон и планетарные волны 24
Глава 2. Одномерная фотохимическая модель атмосферы и ее апробация на примере солнечного затмения 27
2.1. Одномерная фотохимическая модель атмосферы 27
2.2. Фотохимическая релаксация атмосферного озона 29
2.3. Расчет изменения содержания малых газовых примесей в стратосфере во время солнечного затмения и сопоставление с результатами измерений. 32
Глава 3. Распределение малых примесей в зоне орографического воздействия и использование результатов их наблюдения для изучения горных подветренных волн 40
3.1. Механизмы влияния горных подветренных волн на распределение атмосферных примесей 40
3.2. Оценка воздействия горных подветренных волн на вариации концентраций малых газовых примесей в тропосфере 43
3.3. Метод исследования горных подветренных волн, основанный на измерении концентрации примесей с самолета
3.4. Наблюдения озона как индикатора волновых процессов в области горных подветренных волн 52
3.5. Оценка воздействия горных подветренных волн навариации общего содержания примесей 68
Глава 4. Оценка воздействия внутренних гравитационных волн на вариации содержания озона и взаимодействующих с ним примесей 72
4.1. Результаты фотохимического моделирования 72
4.2. Некоторые результаты измерений концентрации озона вблизи атмосферных фронтов и струйных течений 78
Глава 5. Влияние озонного нагревания на динамику планетарных волн в двумерной бароклинной модели атмосферы 81
5.1. Основные уравнения модели 81
5.2. Волновые решения. Дисперсионное уравнение 86
5.3. Эффект озонного нагревания 89
Заключение 100
Литература
- Вопросы возбуждения и распространения внутренних гравитационных волн
- Фотохимическая релаксация атмосферного озона
- Оценка воздействия горных подветренных волн на вариации концентраций малых газовых примесей в тропосфере
- Некоторые результаты измерений концентрации озона вблизи атмосферных фронтов и струйных течений
Введение к работе
Исследование атмосферных примесей связано с широким кругом проблем, касающихся, в частности, изучения химического состава атмосферного воздуха, радиационных и климатических эффектов, динамики и общей циркуляции атмосферы. Особенно актуальной задача изучения малых газовых примесей стала в связи с проблемой антропогенного загрязнения атмосферы. Ключевым элементом в этой задаче является озон, что обусловлено лучшей его изученностью по сравнению с другими примесями, сравнительной простотой и точностью его измерения, а также его химической активностью и той важной ролью, которую озон играет в радиационных и динамических процессах атмосферы.
Озон, в разных количествах образующийся в различных областях атмосферы, перераспределяется ее воздушными течениями. Не принимая во внимание циркуляцию атмосферы, нельзя объяснить особенности пространственного и временного поведения озона и связанных с ним примесей. О том, что озон может быть использован в качестве трассера воздушных течений, известно уже давно. Однако на практике это его свойство до настоящего времени реализуется недостаточно эффективно. Основная сложность такого его использования состоит в том, что озон является фотохимически активной примесью. Его перенос сопровождается фотохимическим взаимодействием с другими составляющими атмосферы, и связанные с этим его изменения необходимо учитывать. Сделать это в общем виде практически пока невозможно из-за неопределенности многих факторов и коэффициентов реакций. Лучший возможный путь использования озона /и других атмосферных примесей/ для целей изучения динамики атмосферы состоит в отборе таких ситуаций и процессов, в которых фотохимия играет второстепенную роль и может быть довольно корректно описана на основе из-
вестных фотохимических связей. В связи с этим задача исследования влияния волновых процессов на распределение примесей в атмосфере особенно привлекательна по следующим причинам.
Волны различной природы составляют крупный класс атмосферных движений и интенсивно изучаются современной физикой атмосферы. Особенно большое внимание уделяется в последнее время исследованию орографических эффектов в атмосфере и, в частности, горным волнам. Об этом свидетельствует проведение в 1982 г. исследований влияния Альпийских гор на циркуляцию атмосферы по международной программе АЛЫ1ЭКС.
Волны - один из наиболее простых типов движения. Изучая механизмы их влияния на атмосферные примеси, можно лучше понять поведение примесей в более сложных процессах.
Волны оказывают воздействие на перераспределение примесей. Найдя соотношение между распределением примесей и волновыми процессами, можно последние изучать по результатам наблюдения примесей в волнах.
Волны обладают широким спектром пространственных и временных масштабов. Наблюдая поведение примесей в волнах с различными параметрами, можно проводить экспериментальную проверку фотохимических теорий.
Для задач метеорологии наибольший интерес представляет изучение мезомасштабных - внутренних гравитационных волн /ВГВ/, в частности, подветренных волн,- и крупномасштабных волн типа волн Рос-сби-Блиновой - основных энергонесущих мод, возбуждаемых в атмосфере. Целью настоящей работы является:
I. Построение одномерной фотохимической /ФХ/ модели атмосферы и проверка ее эффективности на основе расчета изменения содержания атмосферных примесей во время солнечного затмения с последующим сопоставлением результатов расчета с данными наблюдений.
Моделирование влияния мезомасштабных волновых процессов /ВГВ и, в том числе, горных подветренных волн/ на содержание малых газовых примесей в атмосфере.
Разработка нового метода исследования горных подветренных волн, основанного на измерении содержания атмосферных примесей и применение этого метода для восстановления картины обтекания Ге-гамского хребта.
Исследование переноса общего содержания озона /ОСО/ в планетарных волнах с помощью двумерной бароклинной модели атмосферы и рассмотрение в рамках этой модели возможности влияния озонного нагревания на динамику планетарных волн.
В главе I дается краткий обзор литературы по основным разделам диссертации. Освещаются вопросы ФХ моделирования, связи содержания атмосферных примесей с солнечным затмением, исследования ВГВ, в том числе, горных подветренных волн, взаимодействия озона с планетарными волнами. В главе 2 описывается одномерная ФХ модель атмосферы, определяется и рассчитывается время релаксации озона к состоянию ФХ равновесия. Проверка эффективности модели проводится на примере расчета изменения содержания малых газовых примесей во время солнечного затмения с последующим сопоставлением результатов расчета с данными наблюдений общего содержания /ОС/ 0^ и НО%. Глава 3 посвящена вопросу использования данных о содержании примесей в атмосфере для изучения горных подветренных волн. Получено выражение, описывающее распределение концентрации примесей в области волн, на основе которого предложен новый метод измерения некоторых параметров волн. Расчет с помощью ФХ модели подкрепляет возможность использования этого метода. Приводятся результаты исследования обтекания Гегамского хребта /Армения/, полученные по измерениям с самолета концентрации озона. В главе 4 с помощью ФХ модели проводится оценка ФХ
ных фронтов и струйных течений - основных источников ВГВ. Глава 5 по содержанию примыкает к одному из основных сейчас направлений исследования влияния неадиабатических факторов на динамику атмосферы. Здесь в рамках двумерной бароклинной модели атмосферы рассматривается перенос ОСО в планетарных волнах и влияние озонного нагревания на динамику этих волн. В заключении подводятся итоги диссертационной работы. В приложении дан список реакций, использованных в ФХ модели.
личный вклад автора. Автором проведено построение ФХ модели и выполнены все расчеты с помощью нее, сделаны все аналитические расчеты, разработан метод исследования горных подветренных волн, основанный на измерении концентрации атмосферных примесей. Автор участвовал в обработке результатов измерения 0G0 во время солнечного затмения, лично принимал участие во всех самолетных измерениях концентрации озона и занимался их обработкой. Задача по исследованию влияния озонного нагревания на динамику планетарных волн полностью выполнена автором.
На защиту выносится:
Одномерная ФХ модель атмосферы, предназначенная для исследования быстрых процессов в атмосфере, в том числе волновых, и расчет влияния солнечного затмения на содержание малых газовых примесей в стратосфере с последующим сопоставлением результатов расчета с данными наблюдений как проверка эффективности модели.
Впервые проведенный расчет воздействия горных подветренных волн на распределение малых газовых примесей в тропосфере, а также впервые выполненная оценка фотохимического воздействия внутренних гравитационных волн на содержание примесей в стратосфере.
Новый метод изучения горных подветренных волн, основанный на измерении содержания примесей в области волн, и экспериментальные результаты по исследованию обтекания Гегамского хребта, впер-
вые полученные с помощью этого метода по измерениям с самолета концентрации озона.
4. Исследование переноса общего содержания озона в планетарных волнах, выполненное в рамках двумерной бароклинной модели атмосферы, а также впервые рассмотренный механизм влияния озонного нагревания на динамику планетарных волн и полученные в рамках двумерной модели оценки эффективности этого механизма.
Основные результаты диссертации опубликованы в девяти печатных работах [21 - 27, 38, 9lJ и докладывались на международном Рабочем совещании по исследованию атмосферного озона /Тбилиси, 1981 г./, на I Всесоюзном симпозиуме по результатам исследований средней атмосферы /Алма-Ата, 1983 г./, на Международном симпозиуме по горной метеорологии /Пекин, 1984 г./, на Озонном симпозиуме в Греции /Халкидики, 1984 г./, неоднократно на межведомственном семинаре по атмосферному озону в ИФА АН СССР и в ГГО, на итоговой сессии Ученого совета ИФА АН СССР за 1983 г., на семинарах Отдела контроля атмосферы оптическими методами ИФА АН СССР.
Вопросы возбуждения и распространения внутренних гравитационных волн
Работ, посвященных ВГВ и одновременно так или иначе касающихся . распределения атмосферных примесей, немного. Все они имеют тематически разный характер. Рассмотрим основные из них. Р.Линдзен и Р.Чепмен указали на важную роль озона в возбуждении термических приливно-гравитационных колебаний атмосферы [52], которые вызваны поглощением приходящей солнечной радиации в слое озона. В [7б] проведено подробное теоретическое исследование этих колебаний, показано, что они не являются резонансными и обнаружено, что в их спектре главными являются полусуточная и 1/3 - суточная компоненты, причем возбуждаемые озоном полусуточные колебания намного больше колебаний, обусловленных любым другим термическим механизмом. Вычисленные характеристики колебаний хорошо согласуются с данными наблюдений.
Интересен вопрос о генерации движущихся ВГВ в период солнечного затмения, впервые рассмотренный в [ві] .В [ш] построена теория этого явления. Источником волн служит движущаяся со сверхзвуковой скоростью область пониженных значений температуры в верхней стратосфере, которые обусловлены уменьшенным озонным разогревом в области движущейся лунной тени. Возникновение волн происходит по типу излучения Вавилова-Черенкова, их характерный период 3-5 часов. В [85J обнаружены колебания в электронном содержании в ионосфере во время солнечного затмения 7 марта 1970 года. Они приписываются ВГВ, образованным затмением.
В рассматривается механизм ФХ дестабилизации гравитационных волн, обусловленный взаимодействием между ВГВ и радиационными и ФХ процессами на высотах 80 - 120 км. Усиление волн вызывается притоками тепла за счет рекомбинации атомарного кислорода и поглощения солнечной радиации озоном. Расчеты показывают, что при нормальных условиях скорость роста волн мала, но может становиться значительной, если концентрация атомарного кислорода ниже 100 км увеличится по сравнению с ее нормальными значениями. Это может вызываться крупномасштабными нисходящими движениями или усиленным перемешиванием вблизи мезопаузы.
Во всех рассмотренных работах взаимодействие между ВГВ и атмосферными примесями исследовалось с точки зрения влияния примесей на ВГВ. Работ, посвященных обратному влиянию пока нет, хотя имеются указания на такую связь. Впервые предположение о возможности воздействия ВГВ на 0G0 было высказано в 1977 г. Г.И.Кузнецовым \ЬЇ\. Анализ вариаций 0С0 в толще атмосферы выявил наличие быстрых колебаний с периодами 240, 123, 65, 39, 14 и 3,9 мин. При этом периоды, превышающие 16 мин, имеют аналоги в аэрозольных частотных спектрах, что указывает на наиболее вероятную причину таких колебаний. Относительно более высокочастотных вариаций озона в Гбі] сделано предположение, что они вызваны воздействием коротких гравитационных волн на озоносферу. Возможные механизмы такого воздействия не рассматривались. В [84] вскользь упоминалось о перераспределении концентрации озона за счет ВГВ, отмеченных при полетах в районе атмосферных фронтов.
Для исследования влияния ВГВ на распределение озона и других примесей становится важным вопрос об источниках волн и об условиях их распространения в слои максимального содержания примесей.
Основными источниками ВГВ в нижней атмосфере являются различные элементы тропосферной динамики. Это главным образом фронты, циклоны, струйные течения [l5J , причем теоретические и экспериментальные результаты, как правило, относятся к последнему явлению [72, II0J . ВГВ могут также возникать в более мелкомасштабных явлениях, таких как линии шквалов [іб] , проникающая конвекция , генерироваться турбулентностью пограничного слоя [132], сдвигом ветра [134) и другими механизмами. Важным источником,ВГВ, как стационарных, так и движущихся, являются горы и другие неровности земной поверхности [15]/см. раздел 1.4/, а также гидравлические скачки, образующиеся при надкритическом обтекании препятствий [67].
Источники ВГВ не ограничиваются тропосферой. Выше уже рассматривались два источника в стратосфере и мезосфере: модуляция озо-носферного нагрева солнечными затмениями и ФХ дестабилизация волн в озоносфере.
Возможность распространения на дальние расстояния от источника определяется свойствами реальной атмосферы и зависит также от параметров волн: частоты, длины и направленности излучения. Волны разрушаются, достигая критических уровней в атмосфере /т.е. уровней, где скорость ветра равна горизонтальной проекции фазовой скорости, волны/ под совокупным действием нелинейности, диссипации и неустойчивости [іб] . С другой стороны, имеется возможность их волноводного распространения в областях максимальной устойчивости атмосферы [ІЗІ] . Для коротких волн имеются два волновода - на высотах НО и 30 км [l4], которые обеспечивают в ряде случаев сверхдальнее распространение волн от различных источников. Н а таких расстояниях может сказаться поглощение волн в различных дисси-пативных процессах, которые играют главную роль в верхней атмосфере и обусловливаются различными физическими причинами, включая молекулярную вязкость и теплопроводность, омические потери, вызываемые ионным трением, а также радиационные процессы [15] .
Экспериментальные исследования показывают, что НТВ присутствуют во всех слоях атмосферы, от тропосферы до термосферы [іЗ, 15, 50]. Согласно [із], волны в верхней атмосфере чаще всего имеют источники в тропосфере. Поиск тропосферных источников для 48 рассмотренных волн показал, что в 13 случаях источником является фронт, в 9 - струйное течение, в 14 - горная область. Для 12 случаев /2Ъ%/ источник идентифицировать не удалось.
Внутренние волны в процессе их генерации, распространения и затухания извлекают, переносят и запасают энергию и количество движения в размерах, достаточных для того, чтобы играть существенную роль в глобальном балансе энергии и количестве движения атмосферы [15]. Естественно ожидать, что ВГВ должны активно влиять и на распределение примесей в атмосфере.
Фотохимическая релаксация атмосферного озона
Здесь концентрация 1-й составляющей, Р{ , LjW - скорость образования и разрушения 1-й составляющей в результате ФХ реакций, ъ? - вертикальная скорость, Ъ - высота, і. - время. ФХ часть модели включает реакции из 0Х , Н0Х » х циклов; список реакций приведен в приложении. Хлорный цикл не рассматривается, т.к. его вклад в баланс атмосферного озона незначителен [бб] и он не будет определять естественных колебаний О3 . Процессы турбулентной и молекулярной диффузии не учитываются, т.к. они практически не играют роли в решавшихся с помощью модели задачах. Процессы ламинарного переноса в зависимости от конкретной задачи либо исключаются (г9 -О) , либо параметризуются, и уравнения (2.і) решаются в лагранжевой системе координат. Такое упрощение позволяет избежать ошибок, связанных с разностной аппроксимацией динамических членов в эйлеровой системе координат и с заданием граничных условий. Эти ошибки могли бы "топить" чисто ФХ эффекты, если бы эти эффекты были малы.
Модель охватывает интервал высот атмосферы от 10 до 50,5 км с разрешением по высоте 1,5 км. Нижележащие слои от 0 до 10 км не рассматриваются по ряду причин: і) основное содержание большинства интересующих нас примесей находится в стратосфере; 2) фотохимия тропосферы более сложна и неопределенна, а полная ФХ репрезентативность модели не является самоцелью; 3) наличие антропогенных загрязнений главным образом в тропосфере; 4) близость твердой границы заставляла бы вводить в модель дополнительные источники и стоки нефотохимической природы /потоки на границе/ и тем самым учитывать турбулент 28 ный перенос.
Модель включает следующие примеси: Концентрации примесей группы (А) рассчитываются по модели, профили концентраций группы (в) считаются фиксированными и выбираются на основе литературных данных J88, 109, 129]. Распределение температу ры и плотности воздуха задается в соответствии со стандартной ат мосферой [129]. Скорости реакций фотодиссоциации рассчитываются по формуле коэффициент скорости фотолиза u-й компоненты, интенсивность солнечной радиации с длиной волны \ на верхней границе атмосферы, сечение поглощения L-й примеси для длины волны \, Є-і\- квантовый выход реакции зенитный угол солнца. Внеатмосферные потоки солнечной радиации взяты из [129], значения сечений поглощения и квантовых выходов - из [83, 118, 129]._При расчете скоростей реакций фотодиссоциации учитывается ослабление солнечной радиации за счет однократного релеевского рассеяния и поглощения молекулярным кислородом и озоном. Содержание озона и воздуха выше 50,5 км задается в соответствии со стандартными профилями [99, 129].
Решение системы уравнений проводится на ЭВМ по неявной итерационной схеме. Погрешность вычислений определяется путем сравнения результатов, полученных при последовательном уменьшении шага по времени. Окончательная величина временного шага зависит от конкретных моделируемых процессов. Переход к следующему шагу по времени происходит при условии сходимости итераций с точностью по крайней мере до шестой значащей цифры. При моделировании конкретного физиче 29 ского процесса сначала рассчитываются стационарные самосогласованные профили концентраций /начальные профили как правило разрознены и берутся из разных источников/. Затем на входные параметры модели накладываются возмущения, соответствующие изучаемому явлению.
Пример стационарных профилей некоторых атмосферных примесей, рассчитанных для зенитного угла Солнца 30, показан на рис. 2.4 сплошными линиями. Фотохимическая релаксация атмосферного озона
Роль фотохимических и динамических процессов в распределении атмосферных примесей зависит от их интенсивности и скорости, с которой они протекают. Скорость изменения примеси за счет ФХ превра--щений может характеризоваться временем релаксации примеси к состоянию ФХ равновесия. Время релаксации, вообще говоря, является функцией всех ФХ связей в системе взаимодействующих примесей. Рассмотрим его для озона.
Оценка воздействия горных подветренных волн на вариации концентраций малых газовых примесей в тропосфере
Под влиянием динамических и фотохимических процессов в области горных подветренных волн должно происходить перераспределение атмосферных примесей. На каждой фиксированной высоте происходит замещение частиц воздуха частицами, пришедшими сверху или снизу. этом в горизонтальном направлении, перпендикулярном оси хребта, будут возникать периодические изменения концентрации примесей, обусловленные наличием в набегающем невозмущенном потоке их вертикальных градиентов и адиабатическим изменением плотности воздуха вдоль линий тока. Кроме того, при движении вдоль линий тока происходят адиабатические изменения температуры, которые также могут сказаться на концентрации примесей ввиду изменения активности ФХ преобразований. Температурный эффект может усилить или ослабить эффект переноса.
Пусть ось г направлена вверх, а ось х - вдоль потока, перпендикулярного хребту. Будем считать для простоты, что в области волн где - вертикальное смещение линии тока относительно ее высоты в невозмущенном потоке, о0 , Os - плотность воздуха в невозмущенном потоке на некоторой высоте и на уровне земли соответственно, k и - горизонтальное и вертикальное волновые числа, уs=const . Рассмотрим уравнение адиабаты и уравнение переноса примеси /ср. с (2.i) , (2.б)/ в области волн:
Здесь Т , Р , 9 - температура, давление и плотность воздуха соответственно, ti , пр ,t - плотность, равновесная плотность и время Ш. релаксации примеси соответственно, ср и R - удельная теплоемкость при постоянном объеме и газовая постоянная для воздуха. Если в набегающем потоке h. — vt0(b) , то (з.2) дает
Здесь и в дальнейшем Q0 означает величину # в невозмущенном потоке. Пусть в области волн и компоненты скорости ветра u, при этом г0 , Пор , Т0 , Т0 и р0 - функции высоты, а и0= const . Будем считать возмущения малыми. Тогда, подставляя эти соотношения в (3.2), где j выразим через к и Т , учитывая (3.3) и отбрасывая члены выше 1-го порядка малости, получим оператор Стокса, = 7 / bz , х= Cp/cv , ? -&RT0 _ квадрат скорости звука, о. - ускорение свободного падения. При получении (3.4) использовано уравнение гидростатики и соотношение = c/g/c/t — dр/с!і я? Dp/Z) . Согласно іб] , для волн D/frfc = -16J , где cJ - "присущая частота", т.е. частота волн, отмечаемая наблюдателем, движущимся вместе с течением нулевого порядка. Тогда (з.4) преобразуется к виду 42 потенциальная температура. Слагаемые, содержащие р в (З.б) , описывают влияние на возмущение температуры и плотности примеси волновых возмущений давления. Первое слагаемое в числителе 2-го уравнения (з.б) описывает вклад в ti переноса при условии несжимаемости воздуха, 2-е слагаемое учитывает сжимаемость, а мнимые части в числителе и знаменателе дают вклад ФХ источников и стоков. Рассмотрим два предельных случая. 1. Примесь консервативная: Тогда откуда следует, что распределение и определяется только процессами переноса. 2. Примесь находится в мгновенном ФХ равновесии с другими при месями: Zp- 0. В этом случае К =П р, (-5-7) т.е. зависит только от ФХ источников и стоков.
Оценим величину членов с р в (3.5) . Согласно или, с учетом (з.і), p Если при нять, что найдем, что возмущения давления не будут сказываться на распределении температуры, если
Здесь считалось, что N0 = Ю 2с , &0 - 330 м/с - типичные значения в тропосфере [15]. На распределении консервативной примеси возмущения давления не будут отражаться при
Таким образом, распределение концентрации консервативной примеси в области волн определяется амплитудой волн и распределением примеси в набегающем потоке. В то же время на распределение температуры при достаточно больших скоростях потока (ис 25 м/с) могут влиять возмущения давления. Поэтому более надежной, чем температу-pajхарактеристикой вертикального смещения может служить потенциальная температура, включающая, однако, два параметра: Тир. Легко показать, что - i«.)-r- W без ограничения на скорость набегающего потока. Тогда вместо (ЗЛ2) можно записать г / также без ограничения на скорость.
Некоторые результаты измерений концентрации озона вблизи атмосферных фронтов и струйных течений
Стрелки показывают направление движения самолета. Вертикальной прямой указано положение гребня хребта. Штриховка на горизонтальных осях соответствует полету над озером. Направление ветра слева направо отрицательных п периодически сменяют друг друга как в перпендикулярном хребту направлении, так и в направлении, параллельном ему, т.е. налицо картина трехмерного обтекания. Наибольшей величины достигают отрицательные J? , доходящие до 80 - 100 м, в основном сосредоточенные на линии, проходящей между вершинами хребта. Отдельные фрагменты изолиний имеют вид подковы, изогнутой в сторону вершин хребта, как это наблюдается в случае трехмерного обтекания изолированного препятствия [l5, 63, 121]. Возмущения распространяются далеко вниз по потоку, по крайней мере на расстояние пяти длин волн.
Преобладание положительных »? в восточной части исследуемой зоны связано, по-видимому, с влиянием близрасположенных хребтов. Длина волны в направлении, перпендикулярном хребту, составляет в среднем около 10 км. Заметим, что теоретические оценки для случая двумерного обтекания дают значение длины волны А= 2 Wo/fv0 =8,6 км.
Горизонтальный масштаб возмущений в направлении, параллельном гребню хребта, определяется, по-видимому, расстоянием между вершинами, по крайней мере вблизи хребта. 5 августа. Сделано семь площадок на высотах 5,0; 5,4 и 6,0 км примерно в то же время и в том же месте, что и 4.УТІ. Район озера Севан располагался в этот день в гребне высокого давления. По данным аэрологической станции в г. Тбилиси /ст. Ереван не работала/ ветер на высотах от 3 до 7 км был западным со скоростью от 15 до 23 м/с. В отличие от условий наблюдений накануне, гребень и восточные склоны хребта были закрыты почти сплошным слоем конвективных облаков, верхняя граница которых к концу полетов превысила 5 км. Над западными склонами хребта и над озером облачность была 4-5 баллов.
Рассчитанное распределение? в подветренной области Гегамского хребта 4.УІІІ 1982 г. /ниже линии АА/ на высоте 5,1 км и 9.IX 1982 г. /выше линии АА/ на высоте 5,7 км. Изолинии проведены через 25 м. Области V О заштрихованы. Скорость и направление ветра на уровне гребня хребта и на высоте полетов показаны в левой части рисунка стрелками. Масштабы расстояния и скорости приведены внизу периодическая структура полностью отсутствовала, т.е. волны в этот день не наблюдались. В температурном ходе регистрировались большие непериодические изменения, достигавшие на ближайших к облачному полю площадках 0,8. Эти изменения, вероятно, обусловлены влиянием облачности, хотя такая связь не однозначна.
9 сентября. Выполнены измерения на трех площадках на высоте 5,7 км в районе г. Аждаак в период с 15 ч 50 м по 16 ч 30 м. Синоптическая обстановка характеризовалась размытым барическим полем с фронтом окклюзии, проходящим северо-восточнее Армении. Ветер на уровне гребня был слабым /3 м/с /, а его направление резко менялось с высотой /см. рис. 3.5/.
Высотные профили ь и Т, показанные на рис.3.6, состоят из двух участков: первый получен на спуске до высоты 5,7 км в наветренной зоне, второй - ниже 5,7 км - в подветренной зоне. Средний вертикальный градиент концентравди озона на высоте полета достигал величины - 58 мю м .км , а температуры -8,7С. Над западными склонами хребта и над озером было безоблачно, над восточными склонами 5-балльная облачность с верхней границей на 4,5-6 км.
На рис. 3.5 выше линии АА изображено распределение , рассчитанное по колебаниям п. . Наибольшую величину имеют отрицательные смещения, достигавшие на площадке I значений 130-140 м. Положительные J? малы и отмечаются лишь в южной части исследуемой области. Некоторые изолинии сильно вытянуты в направлении полетов.
Полученную картину трудно интерпретировать, поскольку теоретические исследования обтекания препятствий потоком, меняющим направление с высотой, в литературе отсутствуют. Скорее всего полученная картина характеризует нестационарность обтекания, когда происходит разрушение волн. На это указывает также малая скорость ветра на уровне хребта, наличие сильной конвекции и вертикальный градиент Y , близкий к адиабатическому.
Позднее в этот же день /18 ч 50 м - 19 ч 50 м/ были выполнены повторные наблюдения также в районе г. Аждаак на высоте 5,1 км. К этому времени облачность уменьшилась, наблюдались лишь отдельные небольшие облака над склонами хребта и над озером. Никаких периодических колебаний и иТне отмечалось. Можно выделить лишь нисходящие движения за хребтом и некоторую неоднородность YL и Т восточнее его. Такое изменение в картине обтекания подтверждает нестационарность этого процесса, что в свою очередь может служить объяснением особенностям распределения h ,отмеченным на рис. 3.5. 10 сентября. Проведены полеты на высотах 4,5; 5,1; 5,7 и 6,3 км для получения вертикального сечения картины обтекания хребта /9 ч 45 м - II ч 50 м/.Синоптические условия в районе наблюдений за сутки изменились мало. В период измерений происходило активное развитие облачности над восточными склоними хребта, которая к концу полетов составила здесь 7 баллов, а отдельные облака достигали высоты 7,5 км. Скорость и направление ветра мало менялись с высотой и составляли в слое 3,0 - 6,3 км соответственно 6-7 м/с и 80.
На рис. 3.7 приведены вертикальные профили температуры и концентрации озона, полученные при смене высоты между площадками (a-olj и на спуске (е.) . Верхняя часть последнего профиля (е.) относится к наветренной зоне хребта, нижняя - к северной оконечности оз. Севан. Вертикальные профили, измеренные при смене площадок , получены в наветренной области хребта, профиль (а) - в подветренной. Поведение кривых на рис. 3.7 указывает на суіцественную нестационарность вертикального распределения озона и, следовательно, на большую горизонтальную неоднородность поля озона.
