Délka drsnosti - Roughness length - Wikipedia

Graf typického profilu logaritmu větru za staticky neutrálních podmínek. Délka drsnosti hraje roli při určování sklon linky.

Délka drsnosti ( ${ displaystyle z_ {0}}$ ) je parametr některých rovnic vertikálního profilu větru, které modelují průměrnou horizontální rychlost větru v blízkosti země. V profil větru, je ekvivalentní s výškou, ve které se teoreticky rychlost větru nulová při absenci překážek zpomalujících vítr a za neutrálních podmínek. Ve skutečnosti už vítr v této výšce nenásleduje matematický logaritmus. Je pojmenován tak, protože obvykle souvisí s výškou terénu drsnost prvků (tj. výčnělky z a / nebo prohlubně do povrchu). Například lesy mívají mnohem větší drsnost než tundra. Délka drsnosti přesně neodpovídá žádné fyzické délce. Lze jej však považovat za reprezentaci drsnosti povrchu v měřítku délky^[1].

Matematický základ

Délka drsnosti ${ displaystyle z_ {0}}$ se objeví ve výrazu pro střední rychlost větru ${ displaystyle u_ {z}}$ v blízkosti země odvozené pomocí Teorie podobnosti Monin – Obukhov^[2]:

${ displaystyle u_ {z} = { frac {u _ {*}} { kappa}} left [ ln left ({ frac {zd} {z_ {0}}} right) + psi vlevo ({ frac {zd-z_ {0}} {L}} vpravo) vpravo],}$

kde

${ displaystyle u _ {*}}$ je třecí rychlost
${ displaystyle kappa}$ je Von Kármánova konstanta
${ displaystyle z}$ je nadmořská výška (měřeno od země)
${ displaystyle d}$ je výška roviny posunutí (měřená od země), což je posun, který zohledňuje překážky zpomalující vítr, jako jsou budovy, stromy nebo jakékoli jiné struktury, které brání proudění
${ displaystyle L}$ je Délka Monin-Obukhov (což je definována jako výška, ve které jsou vztlak a střih větru stejně účinné při vytváření turbulence )
${ displaystyle psi}$ je korekční faktor pro stabilitu s ${ displaystyle psi = 0}$ indikující staticky neutrální podmínky^[2]. Podmínky jsou staticky neutrální, když se teplota vzduchu monotónně zvyšuje s nadmořskou výškou^[3].

V nejjednodušším možném případě (staticky neutrální podmínky a žádné překážky zpomalující vítr) se střední rychlost větru zjednodušuje na:

${ displaystyle u_ {z} = { frac {u _ {*}} { kappa}} ln vlevo ({ frac {z} {z_ {0}}} vpravo).}$

To poskytuje metodu pro výpočet délky drsnosti měřením rychlosti tření a střední rychlosti větru (při známé nadmořské výšce) v daném, relativně plochém místě (za neutrálních podmínek) pomocí anemometr^[4]. Za zmínku stojí, že v této zjednodušené formě má profil kulatiny stejný tvar jako rozměr zákon zdi.

aplikace

Přibližně je délka drsnosti přibližně jedna desetina výšky prvků drsnosti povrchu. Například krátká tráva o výšce 0,01 metru má drsnost přibližně 0,001 metru. Pokud mají více výstupků, jsou povrchy drsnější. Lesy mají například mnohem větší drsnost než tundra. Délka drsnosti je důležitým konceptem v městské meteorologii, protože budování vysokých struktur, jako jsou mrakodrapy, má vliv na délku drsnosti a větrné vzorce.

Popis terénu	${ displaystyle z_ {0}}$ (m)
Otevřené moře, Vynést nejméně 5 km	0.0002
Bláto, sníh; žádná vegetace, žádné překážky	0.005
Otevřený rovný terén; tráva, několik izolovaných překážek	0.03
Nízké plodiny; příležitostně velké překážky, x / H > 20	0.10
Vysoké plodiny; rozptýlené překážky, 15 < x / H < 20	0.25
park, keře; četné překážky, x / H ≈ 10	0.5
Pravidelné pokrytí velkými překážkami (předměstí, les)	1.0
Centrum města s výškovými a nízkopodlažními budovami	≥ 2

^[5]

Vztah k jiným opatřením drsnosti

Délka drsnosti je jedním z mnoha možných měření drsnosti povrchu. Například v klasické mechanice koeficient tření se běžně používá k měření drsnosti povrchu, protože souvisí se silou vyvíjenou na jiný kontaktovaný objekt. A v dynamice tekutin hydraulická drsnost je míra odporu vody zkušenosti při proudění po zemi nebo přes kanál. Všechna tato opatření nakonec vyplývají z třecích sil, které jsou výsledkem nepravidelností na relevantních površích.

Reference

^ E. Linacre a B. Geerts. "Délka drsnosti". http://www-das.uwyo.edu/~geerts/cwx/notes/chap14/roughness.html.
^ ^A ^b Glosář meteorologie americké meteorologické společnosti. "délka aerodynamické drsnosti". https://glossary.ametsoc.org/wiki/Aerodynamic_roughness_length.
^ Stull, Roland. "Statická stabilita a atmosférické sondování". https://www.eoas.ubc.ca/courses/atsc113/flying/met_concepts/03-met_concepts/03b-static-stability/index.html.
^ Národní centrum pro výzkum atmosféry Laboratoř pozorování Země. Msgstr "Výpočet délky drsnosti a výšky posunutí". https://www.eol.ucar.edu/content/calculation-roughness-length-and-displacement-height.
^ WMO Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation WMO-No. 8 strana I.5-13

externí odkazy

Viz také

Tento klimatologie /meteorologie –Vztahující se článek je pahýl. Wikipedii můžete pomoci pomocí rozšiřovat to.

[1] E. Linacre a B. Geerts. "Délka drsnosti". http://www-das.uwyo.edu/~geerts/cwx/notes/chap14/roughness.html.

[amsglossary-2] A ^b Glosář meteorologie americké meteorologické společnosti. "délka aerodynamické drsnosti". https://glossary.ametsoc.org/wiki/Aerodynamic_roughness_length.

[3] Stull, Roland. "Statická stabilita a atmosférické sondování". https://www.eoas.ubc.ca/courses/atsc113/flying/met_concepts/03-met_concepts/03b-static-stability/index.html.

[4] Národní centrum pro výzkum atmosféry Laboratoř pozorování Země. Msgstr "Výpočet délky drsnosti a výšky posunutí". https://www.eol.ucar.edu/content/calculation-roughness-length-and-displacement-height.

[5] WMO Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation WMO-No. 8 strana I.5-13

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]