بررسی شارش و تلاطم در لایه مرزی جو یک منطقه با توپوگرافی پیچیده (تهران)

Abstract

هدف از این تحقیق، بررسی ساختار قائم و تغییرات زمانی (شبانه‌روزی) شارش و تلاطم در لایه مرزی منطقة شهری با توپوگرافی پیچیده (تهران) است. به‌این‌‌منظور از داده‌های دستگاه سودار (Sodar) مدلPA1 برای ارتفاع‌های 50 متر به بالا، داده‌های ایستگاه هواشناسی به‌‌منزلة مرجع سطح زمین در تاریخ‌های 13 تا 24 اوت 2002 و داده‌های دستگاه بادسنج فوق‌‌صوتی ماه اوت 2005 مؤسسة ژئوفیزیک دانشگاه تهران استفاده شده است. روزهایی انتخاب شده‌اند که سامانه همدیدی در منطقه وجود نداشته، آسمان تقریباً صاف (حضور ابرهای کومه‌ای در برخی ساعت‌ها در چند روز) و باد سطح 10 متر از 5 فراتر نرفته (میانگین حدود3) و رطوبت نسبی کم (میانگین حدود 25%) باشد؛ طوری‌که گردش‌های محلی اثر غالب داشته باشند. داده‌های به‌کار رفته برای رسم نمایه‌های قائم کمیت‌ها، میانگین 12 روزه (13-24 اوت 2002) برای 4 ساعت 09:30، 15:30، 21:30 و 03:30 محلی هستند. با توجه به نمودارها، کمیت‌های متفاوت، تقریباً تغییرات شبانه‌روزی از خود نشان می‌دهند. نمودارهای ، و ( به‌ترتیب نشانگر انحراف معیار مؤلفه‌‌های افقی سرعت باد ( و ) و مؤلفه قائم سرعت باد ()) نشان می‌دهند که تلاطم طی شب تقریباً پیوسته است، ولی نسبت به روز تضعیف شده‌ است. نمودار انرژی جنبشی تلاطمی () نشان می‌دهد که هنگام روز این کمیت بیشینه و در شب کمینه مقدارش را دارد که بیانگر افزایش انرژی جنبشی تلاطمی هنگام روز و کاهش آن طی دوره پایدار شبانه است. داده‌های سودار، متوسط‌های فضایی 25 متری هستند که حذف لایه‌های تلاطمی احتمالی موجود در این محدوده متوسط‌گیری‌ را در پی خواهد داشت. این متوسط‌گیری، سبب ایجاد اعداد ریچاردسن بزرگ خواهد شد که در نمودار مربوط به مشاهده می‌شود. مؤلفه‌های شدت تلاطم و، تقریباً برابرند و طی شب تقریباً چهار برابر و در روز تقریباً سه برابر هستند. این موضوع نشان‌دهنده آن است که در روز، تولید انرژی جنبشی تلاطمی، ترکیبی از اثرات شناوری و برشی و طی شب، بیشتر ناشی از اثرات برشی است. بررسی رفتار کمیت تلاطمی که مرتبط با جمله‌های تولید سرچشمه شناوری و مکانیکی انرژی جنبشی تلاطم است، تأثیر ترمال‌ها (thermal) و زبری را بر ویژگی‌های توضیح می‌دهد. مقادیر در ساعت‌های متفاوت با ارتفاع کاهش می‌یابد که ناشی از افزایش تولید مکانیکی و شناوری تلاطم در لایه سطحی است. هنگام شب مقادیر این کمیت حتی در حضور برش باد کمتر است که این می‌تواند ناشی از اثر تابش کلی بر این کمیت در هنگام روز، به‌ویژه در شرایط باد نسبتاً کم باشد. تحلیل موجک تندی باد با استفاده از داده‌های متوسط‌گیری شده یک دقیقه‌ای بادسنج فوق‌‌صوتی در لایه سطحی، ساختاری تقریباً موجی و پیوسته و با دوره تناوب 6 تا 90 دقیقه نشان می‌دهد که ممکن است مربوط به نوسان‌های تلاطمی و امواج نامنظم و منظم درونی باشد.