Определение типа атмосферной турбулентности по данным метеорологических измерений, поступающим в оперативном режиме
В.В. НОСОВ, В.П. ЛУКИН, Е.В. НОСОВ, А.В. ТОРГАЕВ
Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН, Томск, Россия
nosov@iao.ru
Ключевые слова: колмогоровская турбулентность, атмосферная неколмогоровская турбулентность, когерентная турбулентность, область турбулентности, метеорологические измерения
Страницы: 563-571
Аннотация
Для оперативного определения типа атмосферной турбулентности (колмогоровской, когерентной и др.) разработана новая методика на основе алгоритма спектрального анализа последовательных перекрывающихся выборок из постоянно пополняемой совокупности данных метеоизмерений. Выборки формируются методом скользящего временного окна. Критерием смены типов турбулентности выступает величина наклона инерционного интервала спектра флуктуаций температуры вблизи максимума, равная «-5/3» в колмогоровской турбулентности и «-8/3» в когерентной. Наклон вычисляется из уравнения линейной регрессии на начальном участке спектра, протяженность которого устанавливается по уровню уменьшения на один порядок от максимума. Показано, что такие наклоны спектров для зарегистрированных метеоситуаций в городских условиях распределены логнормально. Обнаружено, что доля неколмогоровской турбулентности в более чем пяти миллионах рассчитанных спектров значительно больше ожидаемой и составляет 75-97% в зависимости от строгости оценки. Последовательности спектров с одинаковым наклоном соответствуют областям турбулентности одного типа. Границы областей определяются с точностью шага сдвига скользящего окна. Размеры областей оцениваются на основании информации о скорости ветра и продолжительности регистрации. Показано, что протяженность областей может значительно превышать размеры области для обычной единичной выборки при сравнимых условиях. Для ускорения постобработки больших массивов в алгоритме использован программный интерфейс передачи сообщений MPI для вычислительного кластера с произвольным числом узлов. Областью применения методики в астрономической практике является оценка и регистрация вдоль оптической трассы размеров пространственных областей «сильной» и «слабой» турбулентности, в которых интенсивность турбулентности находится в фиксированных интервалах, а также размеров областей с фиксированной температурной стратификацией.
DOI: 10.15372/AOO20240704 |
