Other
Turbulencija bure iznad brdovitog priobalnog terena
Petar Golem
Abstract
Tema ovog rada su mikro- i submezoskalna svojstva bure u zavjetrini sjevernog dijela Dinarida. Rad je podijeljen u tri cjeline, pri čemu se dvije cjeline odnose na turbulenciju bure u prizemnom sloju atmosfere, specifično, njene statističke značajke i numeričku simulaciju. Treća se cjelina odnosi na horizontalne rotacijske značajke pulsacija bure – njihov opis i numeričko modeliranje.
U prvoj cjelini proučavam razlike u statističkim značajkama turbulencije bure u prizemnom sloju atmosfere, i to na dvjema bliskim postajama, Senju i Vratniku (jedna u podnožju, a druga na grebenu planine), za skup podataka u trajanju od približno 6 mjeseci. Slična analiza značajki turbulencije bure do sada nije provedena za ovako dug vremenski period. Analiza potvrđuje neka saznanja prijašnjih radova temeljenih na usporedbi ove dvije postaje za jedan izdvojen događaj bure, npr. da je kinetička energija turbulencije (TKE) u Senju dvostruko veća u odnosu na Vratnik. Raspodjela viskozne disipacije TKE (𝜀) na dvjema postajama približno je jednaka, što je u suprotnosti s prethodnim zaključcima utemeljenim na jednom događaju bure. Dvije vremenske skale koriste se za odvajanje turbulencije od mezoskale – konstantna (15 min) i varijabilna; potonja je korištena s ciljem odvajanja submezoskalnih gibanja od lokalne turbulencije. Zaključci su u pravilu nepromijenjeni s obzirom na odabir vremenske skale. Podaci na postajama uspoređeni su s obzirom na teoriju sličnosti neutralnog prizemnog sloja (NPS). Odstupanja od NPS-a na Vratniku su manja od onih u Senju, što znači da je ravnoteža TKE na Vratniku bliža NPS-u (tj. smično-disipacijskoj ravnoteži). Određena odstupanja karakteristična su za utjecaj sloja hrapavosti (SH), s obzirom da je visina mjernih uređaja na objema postajama usporediva s visinom elemenata hrapavosti u njihovoj blizini. Ovo je posebice zamjetno u pomacima spektralnih maksimuma prema nižim frekvencijama. Utjecaj SH također pomaže objasniti neočekivanu jednakost 𝜀 na dvjema postajama. Naime, jedna od značajki SH nelokalni su ponori TKE koji smanjuju 𝜀, a koja uobičajeno samostalno uravnotežuje izvore TKE. Utjecaj SH je prisutan i kod ovisnosti statističkih momenata o azimutu prizemnog vjetra, što se može objasniti anizitropijom površinske hrapavosti. Izračunate su integralne duljinske skale turbulencije i intenzitet turbulencije. Postignute vrijednosti intenziteta u skladu su s preporučenim vrijednostima, ali odstupaju od vrijednosti izmjerenih na srednjem Jadranu.
Druga cjelina usredotočena je na izračun mikroskalnih svojstava bure (preciznije, TKE) numeričkim modelom. Za validaciju simulacije korišten je skup podataka prikupljen u zaleđu grada Rijeke na 100-m tornju s anemometrima na 5 visina. Ovo predstavlja dosad najviša neprekidna toranjska mjerenja brzine vjetra i turbulencije bure u prizemnom sloju atmosfere. Osim 10-min usrednjenih vrijednosti horizontalne brzine i smjera vjetra, anemometri su mjerili i standardne devijacije, što omogućava procjenu TKE i usporedbu sa simulacijom. Ovo je značajno jer je usporedba dosad provedenih simulacija, izuzev avionskih ili indirektnih mjerenja, u pravilu provedena s mjerenjima na relativno niskoj razini iznad tla. Simulacija koraka mreže 0,3 km je provedena za slučaj ekstremno dugotrajnog niza jakih do orkanskih bura iz
siječnja i veljače 2012. godine, a kojeg su mjerni uređaji na tornju zabilježili u cijelosti. Točnost simulacije usrednjene vrijednosti brzine i TKE je u rasponu od razumne do izvrsne, ovisno o brzini vjetra i dubini bure. Periodi s izvrsnim podudaranjem su zabilježeni pri brzini vjetra većoj od 20 ms-1 i tijekom plitke bure, dok je podudaranje tijekom duboke bure te pri početku i kraju događaja lošije. Podudaranje je usporedivo sa simulacijama bure na južnom Jadranu, također relativno kratkog koraka mreže, dok odstupanja zabilježena kod većeg koraka mreže naglašavaju važnost reprezentacije reljefa u brdovitom terenu.
U trećoj cjelini proučavam rotacijske značajke pulsacija bure u horizontalnoj ravnini – njihovu strukturu, orijentaciju i smjer rotacije – koristeći rotacijsku spektralnu analizu. Metoda je primijenjena na događaje bure iz istog skupa podataka u Senju kao u prvoj cjelini. Struktura pulsacija je kvazilinearna, tj. česti zraka osciliraju duž izduženih elipsa, a os oscilacije nije jednaka smjeru prizemnog vjetra, već je bliža smjeru vektora smicanja. Doprinos predstavlja rotacija pulsacija u horizontalnoj ravnini, a koja je gotovo isključivo pozitivna, tj. u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. Ove značajke ukazuju da su na promatranom skupu događaja bure najvjerojatniji uzroci nastanka pulsacija Kelvin-Helmholtzova nestabilnost ili horizontalno propagirajući zavjetrinski valovi, iako ne nude objašnjenje prevladavajućeg smjera rotacije. Numerička simulacija ljetnog događaja bure je provedena s ciljem proučavanja ovog zapažanja. Simulacija je uspješna s obzirom na period, prevladavajući smjer rotacije i kut između smjera prizemnog vjetra i osi oscilacije pulsacija. Amplituda pulsacija osjetljiva je na vertikalni i horizontalni korak mreže, ali rotacijske značajke nisu. Uzrok pulsacija u simulaciji je Kelvin-Helmholtzova nestabilnost. Ohrabren podudaranjem simulacije i mjerenja, proučio sam prostornu raspodjelu rotacijskih značajki u Velebitskom kanalu. Pozitivna rotacijska komponenta nadjačava negativnu na gotovo čitavom području kanala, iako je njihova relativna jakost vremenski promjenjiva. Iznad Senja i u blizini planinskih vrhova, prevladavajući smjer rotacije pulsacija koreliran je s poljem vremenski usrednjene vertikalne komponente vrtložnosti, a iznad otvorenog mora sa smicanjem smjera vjetra na vrhu niske mlazne struje. Predlažem da je rotacija na frekvenciji pulsacija uzrokovana naginjanjem vrtložnih linija lateralne komponente vrtložnosti unutar ili ispod vrhova Kelvin- Helmholtzovih valova. U prisustvu smicanja smjera vjetra, naginjanje može imati prevladavajući smjer. Budući rad trebao bi se usredotočiti na analizu polja vertikalne komponente vrtložnosti u simulacijama sa stvarnim i idealiziranim reljefom.
Keywords
Bura; turbulencija; pulsacije; brdovit priobalan teren; toranjska mjerenja; Weather Research and Forecasting Model; rotacijska spektralna analiza
Hrčak ID:
340225
URI
Publication date:
29.11.2025.
Visits: 0 *