Самолетные наблюдения турбулентной структуры атмосферного пограничного слоя над морским льдом в Арктике
Автор: Дмитрий Геннадьевич Чечин
Соавторы: Люпкес К., Хартманн Й.
Организация: 1) Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН; 2) Институт полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенера
Исследование турбулентной структуры атмосферного пограничного слоя проведено на основе самолетных наблюдений, полученных во время измерительной кампании ACLOUD (Arctic CLoud Observations Using airborne measurements during polar Day) в июне 2017 года над морским льдом к северу от Шпицбергена. Измерения осуществлялись самолетами-лабораториями Polar 5 и Polar 6 Института им. Альфреда Вегенера (Бремерхафен, Германия) (Рис.1). Для расчета турбулентных статистик и их вертикальных профилей внутри пограничного слоя использовались регистрируемые с частотой 100 Гц измерения трех компонент скорости ветра и температуры воздуха. Для анализа выбрано несколько контрастных случаев, отличающихся скоростью ветра, величиной длинноволнового радиационного выхолаживания на верхней границе облачности и высотой пограничного слоя. Показано, что при слабом и умеренном ветре длинноволновое выхолаживание на верхней границе облачности (и соответствующий положительный поток плавучести) является основным механизмом генерации турбулентности в пограничном слое. В этих случаях сильные нисходящие движения («перевернутая» конвекция) наблюдались в облачном слое и подоблачном слоях, что выражалось в отрицательных значениях коэффициента асимметрии вертикальной скорости. Турбулентный поток тепла, турбулентная кинетическая энергия (ТКЭ) и дисперсия вертикальной скорости имели ярко выраженный максимум внутри облачного слоя (Рис. 1). Иная турбулентная структура пограничного слоя наблюдалась в случае, когда длинноволновое выхолаживание на верхней границе облачности нижнего яруса было слабым вследствие наличия облачности среднего яруса. В этом случае, ТКЭ достигала меньших значений, а генерация турбулентности происходила за счет сдвига ветра и положительного потока плавучести на поверхности льда. В случае с сильным ветром сдвиговая генерация турбулентности была сопоставима по величине с генерацией за счет длинноволнового выхолаживания на верхней границе облачности. Максимум ТКЭ в этом случае был расположен не в облачном слое, а вблизи поверхности морского льда. Во всех рассмотренных случаях на верхней границе пограничного слоя наблюдался сильный скачок средней температуры воздуха до 5-7 К, а также существенный сдвиг ветра. Сравнение данных наблюдений с решениями диагностической модели перемешанного пограничного слоя при наличии облачности косвенно указывает на наличие турбулентного вовлечения на верхней границы облачности, что имеет важное значение для бюджетов тепла и влаги облачного слоя.
Работа выполнена за счет гранта РНФ № 18-77-10072.
