nsu_it_msbobrov_202006.pdf

• Бобров Максим Сергеевич, магистрант ФФ НГУ, инженер ИТ СО РАН
• Хребтов Михаил Юрьевич, к.ф.-м.н., с.н.с. ИТ СО РАН

Реки способны оказывать значительный эффект на динамику атмосферного пограничного слоя (АПС). Как известно, реки являются источниками плавучести и влаги в ночное время, за счет высокой теплоемкости воды, в то же время в дневное время способны оказывать стабилизирующий эффект на АПС. Помимо этого, важное влияние имеет течение реки, которое приводит к образованию горизонтальных циркуляций вблизи реки. Для идеализированной прямой реки в ночных условиях наблюдалось увеличение скорости прорастания слоя инверсии за счет наличия течения. Однако влияние изгиба реки на АПС изучено недостаточно. В данной работе в качестве объекта исследования была выбрана река Енисей, так как она оказывает большое влияние на АПС в городе Красноярске.

Моделирование проводилось методом крупных вихрей (LES) с использованием пакета с открытым исходным кодом для моделирования атмосферных потоков MicroHH 1. Размер расчетной области составлял 10×10×1 км (в направлениях x, y и z соответственно) с сеткой из ~ 1 миллиарда узлов.

В результате работы было обнаружено, что наличие изгиба реки приводит к формированию струеобразного потока в направлении перпендикулярно реке в области максимальной кривизны. Формирование струи приводит к разнице между высотой инверсии над одним берегом реки и другим, которая наблюдается на расстоянии нескольких километров от реки. Из-за взаимодействия циркуляций на противоположных берегах воздух в струе дополнительно ускоряется вверх, компенсируя отрицательный эффект плавучести от инверсии. Точка максимальной высоты струи находится на расстоянии около 2 радиусов кривизны от точки максимального изгиба реки. Эффект образования струи наиболее выраженный в первой половине дня и сопровождающийся появлением крупномасштабных вертикальных вихрей по бокам струи. Наблюдаемые вихри хорошо видны в осредненном по времени распределении скоростей. Горизонтальный масштаб вихрей составляет около 150 м, а период обращения составляет около 14 мин. Время жизни вихря порядка 1,5 часов. Максимальная скорость в вихре находится на его периферии, что указывает на большие размеры вихревого ядра. В случае, когда имеется несколько последовательных изгибов с чередующимися знаками кривизны, наиболее устойчивые вихри образуются в точках нулевой кривизны. Эти большие вихри могут накапливать значительные количества энергии и в последствии двигаться в виде вихревых пар с самоиндуцированной скоростью.