ИСТИНА

Гидродинамическая теория атмосферной турбулентности традиционно использует один из двух подходов: модель изотермической турбулентности, в которой флуктуациями температуры пренебрегают полностью [1], и приближение Буссинеска для турбулентности в стратифицированной жидкости, когда малые флуктуации плотности линейно связываются с флуктуациями температуры при заданной стратификации среднего течения. Кроме этих ключевых приближений, для замыкания осредненных уравнений гидродинамики требуется определить статистические свойства случайных флуктуаций. В рамках гидродинамического подхода эти статистические свойства являются дополнительными условиями, и это не позволяет связать изменение свойств турбулентного течения (энергии и скорости диссипации) с изменением статистических характеристик: пространственных и временных масштабов случайных сил [2]. Ключевую роль в этом взаимодействии несжимаемой турбулентности и случайных флуктуаций градиентов давления и энтропии играют адиабатические процессы и нелинейность уравнений гидродинамики [3]. При этом, кроме классической нелинейности в адвективном члене уравнений движения, принципиальным моментом является «термодинамическая нелинейность» флуктуаций сил градиента давления. Чтобы показать принципиальное отличие флуктуаций давления в модели несжимаемой турбулентности [4] и в вероятностной модели гильбертова пространства турбулентных флуктуаций [5], мы сопоставили наблюдения турбулентности в атмосферном пограничном слое с измерениями спектра низкочастотных флуктуаций давления. В докладе представлена постановка эксперимента и поведение спектров низкочастотных флуктуаций давления в турбулентной атмосфере как по измерениям чувствительным микробарографом (ИФА РАН), так и компенсированным низкочастотным микрофоном Bruel&Kjaer 4964 в полосе «ближнего инфразвука»: 10-2 - 1 Гц. Показано, что временной ход среднеквадратических флуктуаций давления весьма точно совпадает с временным ходом кинетической энергии турбулентных флуктуаций. Это позволяет использовать измерения флуктуаций давления в этой полосе частот в качестве удобного «прокси» для измерения энергетики турбулентных флуктуаций в АПС. Флуктуации давления демонстрируют изменение «наклона» спектров от значения -3 до -1.5. Проведенный анализ показал, что это изменение связано с наличием в спектре двух компонент: «локальной», связанной с местным значением кинетической энергии турбулентности, и «глобальной», связанной со спектром внутренних гравитационных волн в толще всей атмосферы. Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 19-05-00028 и 18-08-00074).