Работа в обухове: Вакансии компании Обухов, Группа Компаний

Проблема замыкания энергетического баланса, горизонтально неоднородная поверхность, мезомасштабные движения и неопределенность в наблюдении турбулентности переплетаются в текущих исследованиях пограничного слоя и процессов на поверхности суши, что усложняет исследование. При изучении влияния мезомасштабных движений на характеристики турбулентности неоднородная поверхность усложняет задачу. Однако большинство предыдущих соответствующих исследований проводилось на неоднородных поверхностях или поверхностях, покрытых растительностью (Таблица 1).Если исключить влияние неоднородной поверхности, как мезомасштабное движение влияет на теорию подобия? Можно ли улучшить замыкание энергетического баланса после исключения мезомасштабных движений? Эти вопросы еще предстоит решить. Поэтому мы провели полевой эксперимент на горизонтально однородной, голой поверхности почвы в засушливой местности. Устраняя эффекты неоднородной поверхности и поверхности, покрытой растительностью, в этой статье делается попытка более четко определить влияние мезомасштабных движений на MOST и замыкание баланса поверхностной энергии.Остальная часть статьи разделена на три раздела. Сайт, данные и методы анализа описаны в Разделе 2. Влияние мезомасштабных движений на MOST и баланс поверхностной энергии представлено в Разделе 3, а выводы и обсуждения – в Разделе 4.

2. Данные и методы

2.1. Описание участка и приборы

Экспериментальный участок (37 ° 45 ′ северной широты, 103 ° 55 ′ восточной долготы; над ур. М.Этот район отличается типичным северным засушливым умеренным климатом. Топография экспериментального участка показана на рисунке 1. Поверхность представляет собой по существу однородную голую почву, несмотря на разбросанные многолетние растения Alhagi sparsifolia и редкие низкие сорняки. С 1971 по 2000 год в регионе было среднегодовое количество осадков 35,2 мм, в основном в мае – сентябре, среднегодовое потенциальное испарение 3400 мм, среднегодовая относительная влажность 33% и среднегодовая скорость ветра 3,2 м / с на высоте 10 м. высота. Среднемесячные температуры воздуха от −10.От 5 ° C в декабре до 27,6 ° C в июле [20]. Местное время на экспериментальной площадке на 1 час и 4 минуты позже пекинского времени (UTC + 8 часов), и в этом исследовании используется пекинское время.

На экспериментальном поле установлена ​​одна метеорологическая вышка высотой 32 метра. Были установлены 6-уровневые датчики скорости ветра (010C, Met One) на 1 м, 2 м, 4 м, 8 м, 16 м и 32 м; 6-уровневые датчики температуры и относительной влажности воздуха (HC2S3, Campbell) на этих 6 высотах; и датчик направления ветра (W200P, Vector) на 10 м.Система вихревой ковариации (EC) была установлена ​​на расстоянии 3 м для наблюдений за турбулентностью, включая трехмерный звуковой анемометр (CAST3, Campbell) и инфракрасный газоанализатор с открытым оптическим трактом (Li-7500, Campbell). К югу от башни 4-компонентный сетевой датчик радиации (CNR4, Kipp & Zonen) был установлен на высоте 1,5 м для наблюдения за радиацией. Датчики температуры почвы (STP01, Hukseflux) и датчики влажности почвы (CS616, Campbell) были закопаны на глубине 5 см, 10 см, 20 см, 40 см и 80 см, а также пластины теплового потока почвы (HFP01SC, Hukseflux). были похоронены на глубине 5 см, 10 см и 20 см.Все эти датчики были установлены примерно в 10 м южнее башни. Частота выборки EC-системы составляла 10 Гц, в то время как другие данные хранились как 10-минутные средние значения из 1-секундных образцов.

Для исследования были выбраны данные 90-дневных наблюдений, полученные с 1 декабря 2014 г. по 28 февраля 2015 г. Чтобы гарантировать качество данных о турбулентности, несколько методов обработки данных после поля были применены к данным о турбулентности с использованием программного обеспечения постобработки Edire [26]. Эти методы обработки данных включают следующие: удаление пиков [27], вращение координат [28], временная задержка между различными датчиками, коррекция звуковой температуры [29], коррекция частотной характеристики [30] и коррекция WPL [31].Чтобы гарантировать, что наблюдаемые турбулентные потоки в основном связаны с обнаженной поверхностью почвы, был проанализирован след турбулентных потоков (рис. 1 (а)) [32, 33]. Граница пустыни Тенггер находится примерно в 1 км к северо-западу от экспериментальной площадки, поэтому в качестве целевой области была выбрана область в пределах 1 км от метеорологической башни. Если вклад потока составляет менее 50% в целевой области, данные представляют собой набор нарушений, что не рекомендуется для исследований [34]. Соответственно, данные с вкладом потока менее 50% были удалены.Рисунок 1 (а) показывает, что средние расстояния, обеспечивающие 50% -ный вклад в турбулентные потоки, намного меньше 1 км как в стабильных, так и в нестабильных условиях для остальных данных, что указывает на то, что турбулентные потоки могут хорошо отражать вклад обнаженной поверхности почвы. .

2.2. Метод анализа

Когда турбулентные потоки измеряются системой EC, необходимо выбрать разумное время усреднения, чтобы определить турбулентные колебания. Длина имеет решающее значение, так как определяет, будут ли затронуты турбулентные потоки мезомасштабными движениями [15, 19].Если оно слишком мало, вклад крупномасштабных вихрей не будет полностью улавливаться системой ЕС, и расчетный турбулентный поток будет слишком мал; если оно слишком велико, расчетный турбулентный поток будет загрязнен мезомасштабными движениями и покажет интенсивные колебания, и даже его направление будет противоположным истинному. На рис. 2 (а) показаны часовые функции оживления [35] (ковариация флуктуаций вертикальной скорости и температуры), которые рассчитываются с использованием данных за 1–3 декабря 2014 г., в 20: 00–07: 00.Как видно на Рисунке 1 (а), если установлено обычное значение 30 мин, огивные функции показывают интенсивные колебания в определенные часы, которые отражают влияние мезомасштабных движений на рассчитанные турбулентные потоки.

Чтобы минимизировать влияние мезомасштабных движений на турбулентные потоки, метод разложения с несколькими разрешениями (MRD) [15] был использован для определения разумного времени усреднения. Этот метод разлагает поток на различные временные шкалы, и можно получить коспектр MRD.Обычно в коспектре MRD имеется четкий кососпектральный промежуток, разделяющий турбулентность и мезомасштабные движения (рис. 2 (b)). Мезомасштабные движения могут быть исключены, если временная шкала, связанная с кососпектральным промежутком (), используется в качестве времени усреднения для определения турбулентных флуктуаций. В этом исследовании анализ MRD проводился на основе часовых данных высокочастотной турбулентности. Викерс и Март [19] указали, что коспектральные промежутки MRD, основанные на тепловом потоке и потоке импульса, сильно коррелированы, и коспектры теплового потока обычно лучше.Для удобства обработки значения определялись по коспектрам теплового потока. Чтобы предотвратить влияние горизонтальной составляющей скорости на вертикальную, сначала была проведена поправка на вращение координат [28], после чего были рассчитаны коспектры MRD и определены значения.

Чтобы понять влияние мезомасштабных движений на применение MOST, отношения потока-градиент и поток-дисперсия были изучены путем сравнения этих отношений, когда мезомасштабные движения исключены, с теми, когда мезомасштабные движения не исключаются.Что касается зависимости потока от градиента, пять широко используемых универсальных функций [21–25] (Таблица 2) были использованы для оценки влияния мезомасштабных движений на MOST. Что касается зависимости потока-дисперсии, эмпирическая функция, предложенная Панофски и др. [36] использовался для подбора отношения дисперсии потока для скорости ветра: где – стандартное отклонение вертикальной скорости, – скорость трения, – атмосферная устойчивость (где с высотой и длиной Обухова), и – подходят коэффициенты.Что касается отношения дисперсии потока для температуры, обычно предполагается, что соотношение между нормированным стандартным отклонением температуры () и атмосферной стабильностью () подчиняется степенному закону -1/3 [37, 38]: где – стандартное отклонение колебания температуры, является характеристической температурой и является коэффициентом соответствия. Что касается влажности, из-за слабого обмена водяным паром в засушливых районах существует большая неопределенность в градиенте влажности; поэтому в данном исследовании мы не проводим анализ влажности.

Уравнение баланса поверхностной энергии над однородной голой поверхностью почвы может быть выражено следующим образом: где – чистое излучение, – поток тепла на поверхности почвы, – поток явного тепла, – поток скрытого тепла, называется доступной энергией. , и называется турбулентным потоком. Замыкание баланса поверхностной энергии оценивается с использованием метода EBR (Energy Balance ratio) [6].EBR определяется как EBR отражает долгосрочный баланс поверхностной энергии. Коэффициент почасового баланса энергии определяется как где – часовой турбулентный поток, а – почасовая доступная энергия.

2.3. План эксперимента

Чтобы понять влияние мезомасштабных движений на MOST и баланс поверхностной энергии, были разработаны три метода (эксперимента) для исключения мезомасштабных движений, и их результаты были сравнены. EMT 1: min, с не удаленными записями min. EMT 2: мин, с удаленными записями мин.ЕМТ 3:, с удаленными записями мин.

Для удобства сравнения в каждом эксперименте рассчитывались среднечасовые потоки. В трех экспериментах были некоторые записи, длина которых составляла менее 1 мин, и турбулентные потоки этих записей не рассчитывались напрямую с использованием. Одна из причин заключается в том, что минимальная необязательная шкала времени для реализации обработки данных и расчета потока в программном обеспечении Edire составляет 1 мин; Другая причина заключается в том, что если для расчета турбулентных потоков используется очень мало данных, могут возникнуть большие ошибки при обработке данных и вычислении потоков.Следовательно, влияние мезомасштабных движений на турбулентные потоки в записях, где min было проанализировано путем сравнения EMT 1 с EMT 2. Чтобы полностью исключить мезомасштабные движения, турбулентные потоки были дополнительно рассчитаны с использованием в EMT 3 на основе EMT 2. Следует отметить, что при определении методом MRD метод MRD может определять кососпектральные значения только при (является целым числом, s). Для удобства расчета часовых осредненных потоков мы, соответственно, приняли мин, 2 мин, 4 мин, 10 мин, 15 мин, 30 мин или 60 мин (примерно соответствует, 2 ¹¹ Δ t , 2 ¹² Δ t , 2 ¹³ Δ t , 2 ¹⁴ Δ t , 2 ¹⁵ Δ t , и 2 ¹⁶ Δ t ) для расчета турбулентных потоков 3; Затем были рассчитаны среднечасовые турбулентные потоки.

2.4. Выбор данных

Из-за мороза, снега и других суровых погодных условий 41 час данных низкого качества был удален. Кроме того, были исключены часы, близкие к восходу (8: 00–10: 00) и закату (17: 00–19: 00), поскольку атмосферное движение в это время обычно неустойчиво. Записи, у которых коспектр MRD не имел очевидного кососпектрального разрыва, были исключены. При анализе MOST данные с м / с или были исключены. При анализе замыкания баланса поверхностной энергии данные с -10 Вт / м ² <Вт / м ² были удалены, потому что замыкание баланса энергии неточно, когда (знаменатели EBR и) близки к 0 Вт / м ² .Наконец, 1030 и 1110 часов данных остаются в анализе MOST и баланса поверхностной энергии, соответственно.

3. Результаты

3.1. Влияние мезомасштабного движения на теорию подобия

Мезомасштабные движения ограничивают применение MOST в сложных метеорологических условиях, влияя на отношения градиента потока и дисперсии потока. Сначала анализируется влияние мезомасштабных движений на зависимость потока от градиента скорости ветра. На рис. 3 показана зависимость потока от градиента до и после исключения мезомасштабных движений, а также показаны пять обычно используемых универсальных функций [21–25].Рисунок 3 показывает, что зависимость безразмерного градиента скорости () от устойчивости атмосферы () может быть хорошо установлена ​​независимо от того, исключаются ли мезомасштабные движения. Однако существует большой разброс во взаимосвязи между мезомасштабными движениями и до того, как они будут удалены (рис. 3 (а)), а разброс еще больше в стабильных условиях. Разбросанные точки в основном соответствуют записям с min, а таких записей 114, что составляет 11,1% проанализированных выборок. После удаления записей с min методом EMT 2 (рис. 3 (b)) разброс между и значительно уменьшается, особенно в стабильных условиях.После того, как мезомасштабные движения полностью исключены методом EMT 3 (рис. 3 (c)), взаимосвязь между и дополнительно улучшается, но наблюдаемые значения становятся меньше значений, оцененных с использованием пяти универсальных функций в стабильных условиях. Сравнивая пять универсальных функций с наблюдаемыми результатами, универсальная функция, предложенная Businger et al. [21] оказывается наиболее близким к наблюдаемым результатам после того, как полностью исключены мезомасштабные движения, поэтому мы количественно оценим разницу между универсальной функцией Businger et al.и наблюдаемые результаты и перечислите их в таблице 3. Таблица 3 показывает, что в нестабильных условиях исключение мезомасштабных движений методом EMT 3 приближает наблюдаемые значения к значениям, оцененным с помощью универсальной функции Businger et al. [21]. Однако в стабильных условиях результат обратный: наблюдаемые значения становятся меньше значений, оцененных универсальной функцией, и чем больше is, тем больше будут отклонения.

Зависимость вариации потока от скорости ветра показана на рисунке 4. Независимо от того, является ли атмосферная стратификация стабильной или нестабильной, соотношение между нормализованным стандартным отклонением вертикальной скорости () и атмосферной стабильностью () по существу следует 1/3 сила закона. Тем не менее, в EMT 1 (рисунок 4 (a)) существует большой разброс в соотношении между и, и среднеквадратичные ошибки (RMS) составляют 0,26 и 0,22 для условий, где и, соответственно.После удаления мезомасштабных движений методом EMT 2 (рис. 4 (b)) наблюдается очевидное уменьшение разброса между и, а RMS уменьшается на 0,14 и 0,09 для условий, где и, соответственно. Более того, после того, как мезомасштабные движения полностью исключены методом EMT 3 (рис. 4 (c)), разброс между и еще больше уменьшается, и получается более совершенное соотношение. RMS уменьшается на 0,03, когда, но увеличивается на 0,06, когда. Неутешительный результат здесь связан с большим разбросом в очень нестабильных условиях.После исключения мезомасштабных движений коэффициенты подгонки также, очевидно, изменяются: увеличиваются и уменьшаются (абсолютные значения) как в стабильных, так и в нестабильных условиях.

Влияние мезомасштабных движений на соотношение градиента потока и дисперсии потока для температуры аналогично случаю для скорости ветра. Зависимость градиента потока от температуры показана на рисунке 5. После исключения мезомасштабных движений разброс между безразмерным градиентом температуры () и атмосферной стабильностью () показывает очевидное уменьшение, особенно в стабильных условиях.Наблюдаемые значения становятся меньше значений, оцененных пятью универсальными функциями в стабильных условиях. Среди пяти универсальных функций результаты универсальной функции, предложенной Бусингером и др. [21] по-прежнему наиболее близки к наблюдаемым результатам. В таблице 4 количественно сравниваются наблюдаемые значения и оцененные с использованием универсальной функции Businger et al. [21]. Таблица 4 показывает, что после исключения мезомасштабных движений методом EMT 3 наблюдаемые значения немного выше расчетных значений в нестабильных условиях.Между тем в стабильных условиях наблюдаемые значения становятся меньше расчетных, и чем больше is, тем больше будут отклонения. Зависимость вариации потока от температуры показана на рисунке 6. После исключения мезомасштабных движений разброс между нормированным стандартным отклонением температуры () и атмосферной стабильностью () явно уменьшается, особенно в стабильных условиях. Коэффициенты соответствия между и, очевидно, уменьшаются. Более того, соотношение между и явно отклоняется от степенного закона -1/3 после исключения мезомасштабных движений.

3.2. Влияние мезомасштабного движения на баланс поверхностной энергии

После того, как мезомасштабные движения удалены, уменьшение разброса в отношениях подобия отражает то, что турбулентные потоки значительно улучшаются, и результаты исследования могут более точно описывать фактические характеристики атмосферной турбулентности.Однако влияние улучшенных турбулентных потоков на перенос энергии через поверхность требует дальнейшего изучения. Поэтому в этом разделе анализируется влияние мезомасштабных движений на баланс поверхностной энергии. Проблема закрытия энергетического баланса связана с множеством факторов. Чтобы исследовать влияние мезомасштабных движений на замыкание баланса поверхностной энергии, необходимо сначала исключить другие влияющие факторы. Основные компоненты проблемы закрытия энергетического баланса можно резюмировать следующим образом: неоднородные поверхности [39], накопление тепла в навесе [7], низкочастотные потери [35], неопределенность в определении потока тепла на поверхности почвы [40] и площадь основания прибора. -масштабное несовпадение [8].Влияние неоднородной поверхности, аккумулирования тепла в навесе, потерь на низких частотах и ​​несоответствия масштаба занимаемой площади инструмента пренебрежимо мало, поскольку данные, использованные в этом исследовании, наблюдались на однородной голой поверхности почвы, и несколько методов обработки данных (см. Описание участка и Инструментальная часть) используются для гарантии качества данных о турбулентности. Однако неопределенность в определении потока тепла на поверхность почвы относительно велика. Таким образом, для расчета поверхностного теплового потока почвы были приняты три широко используемых метода (метод PlateCal [41], метод TDEC [42] и метод Harmonic [43]), на основе которых мы анализируем влияние мезомасштабных движений на поверхностную энергию. уравновесить и проверить, есть ли существенные различия между результатами при расчетах с использованием этих трех методов.

Исследование баланса поверхностной энергии обычно показывает, что доступная энергия больше, чем турбулентный поток (). Однако некоторые исследователи [44] также отметили, что есть некоторые выбросы с или. Когда данные наблюдений используются для проверки и улучшения численных моделей, эти выбросы закрытия энергетического баланса с мгновенным масштабом окажут серьезное влияние на проверку модели. Мезомасштабные движения приводят к значительной неопределенности в наблюдаемых турбулентных потоках, что, вероятно, приведет к увеличению количества выбросов.На рисунке 7 показано ежедневное изменение количества выбросов до и после исключения мезомасштабных движений. Рисунок 7 показывает, что влияние мезомасштабных движений на выбросы происходит в основном ночью, и независимо от того, какой метод используется для расчета, количество выбросов в ночное время значительно уменьшается после удаления мезомасштабных движений. Исключение мезомасштабных движений методом EMT 2 снижает количество выбросов на 47,2%, 40,2% и 22,4% в ночное время, что соответствует использованию методов PlateCal, TDEC и Harmonic, соответственно, при расчетах.После исключения мезомасштабных движений методом EMT 3 количество выбросов в течение ночи уменьшается на 52,0%, 46,7% и 28,3% соответственно, что соответствует трем методам расчета. После исключения мезомасштабных движений общее количество выбросов в течение ночи уменьшается на 68,1%, 62,2% и 33,9% соответственно, что соответствует трем вышеупомянутым методам расчета, что указывает на то, что мезомасштабные движения являются важной причиной выбросов.

Чтобы проанализировать влияние мезомасштабных движений на EBR, ежедневное изменение EBR до и после исключения мезомасштабных движений показано на Рисунке 8.Устранение мезомасштабных движений в дневное время оказывает незначительное влияние, но оказывает очевидное влияние на EBR в ночное время. При расчетах разными методами EBR существенно различается. Однако независимо от того, какой метод используется для расчета, EBR в ночное время улучшается после исключения мезомасштабных движений. В EMT 1 EBR в ночное время составляет 55,0%, 53,3% и 60,9%, что соответствует использованию методов PlateCal, TDEC и Harmonic соответственно при расчетах. После того, как мезомасштабные движения исключены методом EMT 2, EBR резко увеличивается в любое время ночи и увеличивается до 60.5%, 58,8% и 65,3%, что соответствует использованию трех методов расчета соответственно. Когда мезомасштабные движения дополнительно исключаются методом EMT 3, EBR в течение ночи дополнительно увеличивается до 60,8%, 59,1% и 65,7%, соответствующих трем вышеупомянутым методам расчета, соответственно, и его изменение становится более плавным. Другими словами, исключение мезомасштабных движений увеличивает EBR в ночное время на 5,8%, 5,8% и 4,8%, что соответствует трем вышеупомянутым методам расчета, соответственно.Эти результаты предполагают, что мезомасштабные движения оказывают значительное влияние на EBR и, возможно, уменьшают нарушение баланса поверхностной энергии в ночное время.

Недавние исследования показали, что закрытие баланса поверхностной энергии определяется интенсивностью турбулентности [34], причем первая увеличивается с усилением второй. Когда турбулентное перемешивание слабое, замыкание баланса поверхностной энергии обычно низкое и мезомасштабные движения активны, по этой причине эффект мезомасштабных движений, вероятно, является причиной плохого замыкания баланса энергии.Поскольку мезомасштабные движения влияют на закрытие энергетического баланса в основном ночью, изменение EBR с относительной интенсивностью вертикальной турбулентности () в течение ночи анализируется с использованием метода Zuo et al. [34]. Рисунок 9 показывает, что исключение мезомасштабных движений увеличивает EBR при слабом турбулентном перемешивании, что не зависит от метода расчета. Однако, когда турбулентное перемешивание слабое, EBR, как правило, остается низким даже после исключения мезомасштабных движений. Учитывая, что мезомасштабные движения также могут вносить вклад в перенос энергии [16, 45], обмен энергией может происходить в основном за счет мезомасштабных движений, когда турбулентное перемешивание слабое и вклад турбулентности невелик.Если перенос энергии мезомасштабными движениями может быть точно измерен, замыкание энергетического баланса должно быть дополнительно улучшено при слабом турбулентном перемешивании.

4. Выводы и обсуждения

Атмосферные движения имеют многомасштабные характеристики, и хотя эти масштабы отличаются друг от друга, они взаимодействуют и тесно коррелируют. Связь между турбулентностью и мезомасштабными движениями также следует этому правилу. С помощью спектральной щели в спектре атмосферных движений турбулентность может быть отделена от крупномасштабных движений, и атмосферная турбулентность изучается независимо.Однако, если турбулентность не извлекается строго в соответствии со спектральным интервалом, на результаты исследования могут влиять мезомасштабные движения и они не могут отражать фактические характеристики турбулентности. Эффект мезомасштабных движений может быть отражен в применимости MOST и замыкании баланса поверхностной энергии и значительно усложняет изучение этих двух вопросов. В большинстве соответствующих исследований нарушение неоднородной поверхности и поверхности, покрытой растительностью, также добавляет большую неопределенность в эти две области исследований.Поэтому в этом исследовании мы провели эксперимент на однородной голой поверхности почвы и исследовали влияние мезомасштабных движений на MOST и баланс поверхностной энергии.

Наше исследование показывает, что мезомасштабные движения не следуют МОСТ, поэтому применение МОСТ ограничивается, если турбулентные потоки загрязняются мезомасштабными движениями; это отражается на разбросе соотношений подобия и применимости универсальных функций. С одной стороны, MOST в основном отображает ключевую особенность турбулентности в пограничном слое, но загрязнение мезомасштабных движений приводит к разбросанным отношениям подобия.Отношения подобия рассыпаются как в стабильных, так и в нестабильных условиях, но особенно в стабильных условиях. С другой стороны, универсальные функции теории подобия успешно описывают взаимосвязь между нормализованными физическими переменными и атмосферной стабильностью в пограничном слое, но мезомасштабные движения вызывают отклонение значений характеристик турбулентности от расчетных значений MOST, что ограничивает применимость оригинальные универсальные функции в определенной степени.Это проявляется в том, что устранение мезомасштабных движений делает наблюдаемые значения безразмерного градиента скорости () и безразмерного градиента температуры () в устойчивых условиях меньше расчетных значений всех пяти типов универсальных функций. Кроме того, чем более стабильна атмосфера, тем больше будут отклонения. Между тем, исключение мезомасштабных движений также вызывает очевидные изменения в подходящих коэффициентах отношения дисперсии потока и приводит к явному отклонению отношения дисперсии потока для температуры от степенного закона -1/3.

Мезомасштабные движения также влияют на замыкание энергетического баланса. Мезомасштабные движения вносят большую неопределенность в турбулентные потоки, что приводит к значительному количеству выбросов при замыкании энергетического баланса и снижает коэффициент энергетического баланса. Влияние мезомасштабных движений на баланс поверхностной энергии существует как в дневное, так и в ночное время и особенно заметно в ночное время и в периоды слабого турбулентного перемешивания. В течение ночи количество выбросов закрытия энергетического баланса резко падает, а коэффициент энергетического баланса, очевидно, увеличивается за исключением мезомасштабных движений.Это говорит о том, что мезомасштабное движение является важной причиной плохого закрытия энергетического баланса в ночное время. Однако, когда турбулентное перемешивание слабое, закрытие энергетического баланса все еще низкое, даже после исключения мезомасштабных движений, что указывает на то, что перенос энергии не полностью осуществляется турбулентностью в это время, и мезомасштабные движения также могут вносить вклад в перенос энергии.

Исключение мезомасштабных движений может эффективно уменьшить неопределенность при изучении MOST и замыкания баланса поверхностной энергии, но также возникают некоторые новые проблемы.Эти новые проблемы в основном включают в себя увеличение отклонения значений, оцененных универсальными функциями MOST, от наблюдений и отклонение отношения дисперсии потока для температуры от степенного закона -1/3. Для подтверждения результатов, полученных в настоящем исследовании, и для улучшения MOST необходимы более качественные данные наблюдений. При анализе баланса поверхностной энергии мезомасштабные движения исключаются, в то время как предыдущие исследования показали, что мезомасштабные движения действительно могут переносить энергию и вещество вблизи поверхности [16, 45, 46].Однако пространственные и временные масштабы мезомасштабных потоков очень велики, а интенсивность и направление вертикального переноса неоднородны в горизонтальном направлении, по этой причине поток энергии, переносимый мезомасштабными движениями, трудно точно обнаружить на одном месте башни [ 16, 47]. Следовательно, закрытие энергетического баланса часто лучше при сильном турбулентном перемешивании, чем при слабом турбулентном перемешивании. В будущем необходимо наблюдать мезомасштабные потоки в более крупном пространственном масштабе с помощью таких средств наблюдения, как радары, самолеты и многонаправленные станции.Если энергия, переносимая мезомасштабными движениями, может быть точно измерена, закрытие энергетического баланса в течение ночи и периоды слабого турбулентного перемешивания должны быть лучше, чем текущее исследование, в котором устранены возмущения от мезомасштабных движений.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.

Благодарности

Эта работа поддержана Национальной программой фундаментальных исследований Китая (2012CB956202), Национальным фондом естественных наук Китая (41275019, 41475009) и фондами фундаментальных исследований для центральных университетов (lzujbky-2016-196).

Теория подобия Монина-Обухова и ее применение к моделированию ветрового потока на сложной местности

‘ La Croix Sonore ’Николай Обухов.Россия – Франция, 1929-1934 – 120 лет электронной музыки

Николай Обухов был русским композитором, который после учебы в Московской и Санкт-Петербургской консерваториях у Максимилиана Штейнберга и Николая Черепнина покинул Россию накануне большевистской революции 1918 года. Обухов поселился в Париже в 1919 году, где изучал оркестровку у Мориса. Равель и Марсель Орбан, поддерживая свою новую семью, работая каменщиком.

Обухов, подписавший свое имя «Nicolas l’illuminé» (Николай Провидец), был глубоко религиозным мистическим христианином и находился под глубоким влиянием нового теософского культа Salon de la Rose + Croix , ставший популярным среди художников и музыкантов в начале 1920-х годов. Эти убеждения выражались в его композициях, которые, как и его соотечественник Александр Скрябин, были задуманы как средство достижения трансцендентного состояния и мост в мир духа, а не просто эстетическое творение – Обухов руководствовался идеей, что существовала более высокая реальность, до которой могло дотянуться искусство.Он попытался достичь этой духовной цели нетрадиционными для того времени средствами; «полная гармония» 12-тональной композиции, необычный ритм, экспериментальные методы нотной записи, новые изобретенные инструменты и выразительные вокальные направления – Обухов, вероятно, был первым композитором, который потребовал от певца издавать «не музыкальные» вокальные звуки:

«Я запрещаю себе любое повторение: моя гармония основана на двенадцати нотах, из которых ни одна не должна повторяться. Повторение производит впечатление силы без ясности; это нарушает гармонию, загрязняет ее.’

«… музыка обладает определенными преимуществами, которые наделяют ее возможностями проникновения в глубины души и разума эмоций, недоступных для других искусств. Эта способность заключается в том, что музыке меньше, чем любому другому искусству, мешают материальные условия в реализации своих целей ».

Для достижения этой музыкальной «инсинуации» Обухов дополнил традиционный оркестр новыми инструментами собственного изобретения. К ним относятся «Crystal» – инструменты фортепианного типа, в которых молотки ударяют по ряду хрустальных сфер, и «Éther» – инструменты с электронным приводом, где большое вращающееся лопастное колесо создает различные, очевидно неслышимые инфракрасные и ультразвуковые гудящие звуки, которые варьируются от примерно на пять октав ниже до пяти октав выше человеческого слуха.Этот звук был предназначен для мистического воздействия на слушателя – хотя эффект, вероятно, был физиологическим, в зависимости от громкости и частоты звука инструментов. Известно, что низкочастотный инфразвук оказывает физическое воздействие на нервную систему человека, вызывая дезориентацию, беспокойство, панику, спазмы кишечника, тошноту, рвоту и, в конечном итоге, потерю сознания (предположительно, 7-8 Гц – наиболее эффективный, при той же частоте, что и средняя частота). альфа-волна мозга). Эффект непреднамеренно создается крайне низкими частотами церковной органной музыки, вызывая религиозные чувства и вызывая ощущения «крайнего чувственного горя, холода, беспокойства и даже дрожи по позвоночнику».”

Единственным чисто электронным инструментом Обухова был «La Croix Sonore» или «Sonorous Cross», который, по сути, был одним из нескольких инструментов типа терменвокса, разработанных в Европе после отъезда Леона Терменса в США в 1927 году (другие включали «Elektronische Zaubergeige» »И« Электронда »). Croix Sonore был разработан и построен в Париже Мишелем Бийодо и Пьером Дювалье по указанию Обухова в 1929 году и стал результатом нескольких лет экспериментов с генераторами частоты биений / гетеродинирования, вероятно, после того, как Термен продемонстрировал терменвокс во время турне по Европе.Как иTheremin, Croix Sonore был основан на корпусной емкости, управляющей гетеродинирующими ламповыми генераторами. Чтобы соответствовать мистическому и театральному стилю Обухова, схемы и генераторы были встроены в латунный шар диаметром 44 см и антенны, замаскированные большим распятием высотой 175 см, украшенным центральной звездой.

Звучный крест исполнялся так же, как и терменвокс – использование емкости тела для управления частотой осцилляторов, в этом случае перемещение рук от центральной звезды на распятии изменяло высоту звука и громкость инструмента.Ритуальные жесты, сделанные при игре на этом необычайно необычном инструменте, дополнили оккультный и мистический характер музыки и жизни Обухова. Обухов продолжил разработку инструмента и выпустил улучшенную версию, завершенную в 1934 году.

Николай Обухов сочинил множество произведений на своем инструменте, а также несколько произведений на Ондес-Мартено, кульминацией которых стало его крупное произведение; «Le Livre De Vie», в которой использовались эффекты глиссандо, которые мог производить Звучный Крест. Исполнение этих пьес было больше похоже на оккультную церковную церемонию, чем на оркестровое представление; Обухов настаивал, чтобы на его концертах не было зрителей – каждый сыграет свою роль в мистическом ритуале, который будет происходить в круглом «храме»:

«Когда исполняется« Книга жизни », я имею в виду, когда она проживается, зрители, участники будут располагаться по спирали внутри круглой и приподнятой сцены.«Земной» оркестр будет скручиваться вокруг сцены. В куполе разместится «небесный» оркестр. Изменения освещения вмешаются в «Священное действие», синтез культа и оргии (последнее означает символическое значение). Таков ритуал, где соединяются наука и религия.

«… одни, как священники, примут непосредственное участие в акции, другие – свидетели, участвуя мысленно, как верующие в церкви».

Эти спектакли получили неоднозначные отзывы озадаченных критиков:

Зрители парижского концерта взволновали.и пока он корчился и захихикал. сегодня вечером, когда Николас Обухофф представил отрывки из своей «Книги жизни» и до сих пор неизвестного «Благовещения о Страшном суде». под аккомпанемент нового электрического музыкального инструмента – круа сонор.

Анри Пруньерес представил концерт. предупреждение аудитории, что она собирается услышать аккорды, играемые на пианино. ноты, исполняемые человеческим голосом, и звуки, извлеченные из инструмента, которого он никогда раньше не слышал. Даже это предупреждение. тем не мение. не подготовили слушателей к внезапному «визгу» – нет другого слова для этого – Сюзанны Бальгери во вступительной ноте одного из литургических стихотворений Обухоффа.Предупреждения тоже не было. когда певица вместо пения вдруг стала свистеть. Некоторые из зрителей подумали, что это один из их числа, пропагандирующий в классической манере, и начали кричать: «Тише! тише! »

Пруньерес похвалил храбрость певцов, мадам. Балгери и Луиза Мата. в попытке создать такую ​​новую музыку, и поскольку они производили странную ноту за странной нотой, многие чувствовали, что эта похвала вполне заслужена. хотя бы потому, что их мастерство в своих эффектах не позволяло публике хихикать громче.

«В« Благовещении Страшного Суда »певцы стояли вместе, один в белом платье. другой в красном. в то время как Обухофф и Артур Шолоссберг играли на двух фортепиано. и принцесса Мария-Антуанетта Осенак де Бройль, отдельно и таинственно одетая в черное, синее и оранжевое, извлекала из круа сонора ноты, которые пульсировали, как двадцать скрипок, или временами пели, как человеческий голос. Во всем этом наибольший успех имел инструмент. Говорят, Обухофф мечтал об этом задолго до того, как изобретение радио сделало возможным применение этого принципа.Он написал для нее музыку, назвав ее «эфирным телефоном». Из него, двигая рукой вперед и назад, принцесса де Бройль извлекала удивительную сладость или самую ужасную ноту, такую ​​как стук судьбы, чтобы придать странной религиозной музыке Обухофифа гораздо больше силы, чем его два фортепиано или даже искажения звука. голоса его певцов могли производить ».

Николай Обухов изучал контрапункт в Московской консерватории с 1911 года, а затем в Санкт-Петербургской консерватории в 1913 году (у Калафати, Максимилиана Штейнберга и Николая Черепнина). Его первые опубликованные работы относятся к этому периоду и были опубликованы как «Quatre mélodies» Rouart et Lerolle в Париже в 1921 году.

В 1915 году Обухов разработал свою собственную идиосинкразическую форму нотной записи (подобную той, которую изобрел в России Голышев в тот же период), используя 12-тональный хроматический язык под сильным влиянием мистического русского композитора Александра Скрябина.В это время состоялись единственные выступления его музыки в России. В репортаже о спектакле Обухов описывается как «бледный молодой человек с пристальными глазами», который «сбил с толку публику». Обухов покинул Россию во время революции с женой и двумя детьми; в конце концов, год спустя они поселились недалеко от Парижа. В Париже он столкнулся с финансовыми трудностями, пока не помог Морис Равель, который нашел Обухова издателем, позволившим ему посвятить свое время своей музыке.

В 20-е годы было несколько спектаклей, в первую очередь «Предисловые книги жизни» под руководством Кусевицкого.В течение этого и следующего десятилетия он претворял в жизнь идеи электронных инструментов, которые Обухов задумал еще в 1917 году: «эфир» и «кристал» («эфир» и «кристалл»), которые он описал в России, в конечном итоге дали начало кресту. sonore, и хотя он создавал и писал для эфира, именно с Croix sonore он привлек наибольшее внимание. Он нашел представителя инструмента у своей ученицы Марии-Антуанетты Осенак-Бройль, которая также исполнила некоторые из его фортепианных произведений; она демонстрировала инструмент во Франции и Бельгии.Подобно терменвоксу и ondes martenot в том, что производство высоты звука зависит от расстояния руки исполнителя от инструмента, Croix sonore был предметом фильма 1934 года. В середине 1940-х его обозначения снова вызвали бурную дискуссию. на этот раз в Париже; книга, содержащая произведения XVIII – XX веков в нотах Обухова, была издана Дюраном. В 1947 году была опубликована его «Traité d’harmonie tonale, atonale et totale», которая уже заинтересовала Онеггера, а год спустя он читал лекции на эту тему в Русской консерватории в Париже.Обухов провел последние годы своей жизни в результате ограбления в 1949 году, когда была украдена последняя версия «Книги жизни»; после этого инцидента он написал всего несколько произведений.

Комментарий Джонатана Пауэлла к творчеству Обухова

В творчестве Обухова преобладают обширные произведения, наиболее известными из которых, несмотря на гигантские «Troisième et dernier Testament» и «La toute puissance», является «Книга жизни», над которой он работал со всего мира. время, когда он уехал из России, по крайней мере, до середины 1920-х годов.Описанный композитором как «l’action sacrée du pasteur tout-puissant regnant», он должен был исполняться (или «завершаться») непрерывно каждый год в ночь первого и в день второго воскресения Христа. Обухов не считал себя композитором этого произведения; вместо этого он видел себя человеком, которому божественные силы позволили «показать» это. Части партитуры, одна версия которой объемом почти 2000 страниц, отмечены кровью композитора. Музыке предшествует длинная экспозиция на архаическом русском языке, а завершается произведение одним разделом, партитура которого разворачивается в форме креста, а другая – в форме круга, который закреплен на украшенной золотом и серебром шкатулке. с рубинами и красным шелком.(Николай Слонимский в своих мемуарах «Идеальный голос» рассказывает, что жена композитора, доведенная до отчаяния навязчивым поведением Обухова по поводу этого произведения, попыталась сжечь, или, по терминологии композитора, «принести в жертву» рукопись, но ее преступление прервано. .) Большая часть инструментального письма характеризуется чередованием материала, напоминающего хорал (часто украшенного филигранной арпеджией), с рисунками толлинга, построенными на фактурах значительной ритмической и контрапедической сложности.Вокальные партии ‚как и в случае с его написанием для голоса в большинстве других его работ‚ имеют огромные тесситуры и засыпаны глиссанди и инструкциями для крика или шепота. Стиль, который последовательно применяется в этом великом опусе, преобладает во всех его зрелых произведениях и уходит своими корнями в песни и фортепианные миниатюры, написанные в России.

Взяв за отправную точку язык, использованный Скрябиным в его произведениях среднего и позднего периода, Обухов развил гармоническую технику, основанную на систематической конфигурации и манипуляции с 12-нотными аккордами или гармоническими областями.Звучание, являющееся результатом этой «полной гармонии», часто является широко октатоническим и часто имеет квазидоминантный характер из-за преобладания уменьшенных квинт в нижних элементах. Хотя кажется, что более длинные структуры разворачиваются схематично, но органично, детали музыкальной процедуры удивительно статичны. Обухов рассматривал свою работу как музыкальное выражение своих сильных религиозных убеждений и иногда подписывал свои рукописи «Nicolas l’illuminé» или «Nicolas l’extasié». Возможно, вдохновленный идеей Владимира Соловьева о «соборности» (коллективный духовный или художественный опыт), Обухов стремился отменить традиционную полярность исполнитель-аудитория в пользу слияния этих ранее взаимоисключающих групп в одного из участников.Обухов в основном использовал свои собственные тексты, которые часто вдохновлены Книгой Откровения или Апокрифами. Таким образом, неслучайно единственными поэтами, чье творчество нравилось ему духовно и композиционно, были Соловьев и Бальмонт, поскольку именно ортодоксальный мистицизм первого существенно повлиял на апокалиптическое видение второго. Помимо этих источников, следует упомянуть использование Обуховым двух стихов Мусоргского; между его работами и творчеством Мессиана может быть помещен визионерский язык Обухова.

Хью Дэвис. «Croix sonore». Интернет-магазин «Музыка рощи». Oxford Music Online

E.Ludwig: «La Croix Sonore» ReM , номера 158-9 (935), 96 ReM , номера 290-91 (1972-73)

Сознание, литература и искусство . Архив. Том 1 Номер 3, декабрь 2000 г. «Скрябин и Обухов: Mysterium & La livre de vie. Концепция художественного синтеза» . Саймон Шоу-Миллер

«Николай Обухов и Круа Сонор» Рахма Хазам.Источник: Музыкальный журнал Леонардо, том 19, 2009 г., стр. 11-12

«Многоточечная теория подобия Монина – Обухова в конвективной атмосфере» Мэнцзе Дина

Название степени

Доктор философских наук

Абстрактные

Масштабирующие свойства многоточечной теории подобия Монина-Обухова (MMO) статистики поверхностного слоя были получены аналитически, включая статистику одноточечных колебаний, многоточечную статистику и профиль средней скорости. Теория подобия Монина-Обухова (МОСТ) является основой для понимания приземного слоя атмосферы.Хотя было показано, что многие статистические данные поверхностного слоя соответствуют MOST, ряд важных статистических данных не соответствует MOST из-за неполного сходства. MMO была предложена Тонгом и Нгуеном (2015) для решения проблемы неполного сходства и успешно использовалась для прогнозирования спектров турбулентности. Однако и MOST, и MMO были предложены как гипотезы, основанные на феноменологии. Измерения могут поддержать их, но не могут их подтвердить. В данной работе, исходя из природы сингулярности конвективного приземного слоя атмосферы (CBL), мы используем метод согласованных асимптотических разложений для их аналитического вывода.

Мы выводим MOST и масштабирование локальной свободной конвекции (LFC) из уравнений для изменения скорости и потенциальной температуры. Различное преобладание эффектов плавучести и сдвига во внешнем и внутреннем слоях приводит к неоднородному действительному решению и проблеме сингулярных возмущений. Показано, что длина Обухова L является масштабом длины внутреннего слоя, а внутренние расширения являются функциями z / L, где z – высота от земли, что доказывает МОСТ. Масштабирование LFC получается путем сопоставления членов старшего порядка между двумя уровнями.Мы также выводим поправки второго порядка к старшим членам. Полученные составные решения показывают очень хорошее согласие с полевыми данными. Мы выводим MMO аналитически для случая горизонтальных преобразований Фурье скорости и потенциальной флуктуации температуры, используя спектральные формы уравнений Навье-Стокса и потенциальной температуры. Мы показываем, что для крупномасштабных движений (волновое число от k −L до z −1 / L, что приводит к проблеме сингулярного возмущения. Мы показываем, что (1) −L является характерным горизонтальным масштабом длины; (2) преобразования Фурье удовлетворяют MMO с безразмерным волновым числом −k L в качестве независимой переменной подобия.Два диапазона масштабирования, конвективный диапазон и динамический диапазон, обнаруженные для z

Рекомендуемое цитирование

Дин, Мэнцзе, “Многоточечная теория подобия Монина – Обухова в конвективном поверхностном слое атмосферы с использованием согласованных асимптотических разложений” (2020).