РБ-053-10 Положение о повышении точности прогностических оценок радиационных характеристик радиоактивного загрязнения окружающей среды и дозовых нагрузок на персонал и население

Приложение N 4
к Положению о повышении точности
прогностических оценок радиационных
характеристик радиоактивного загрязнения
окружающей среды и дозовых нагрузок на
персонал и население, утвержденному
приказом Федеральной службы
по экологическому, технологическому
и атомному надзору

Модель пограничного слоя атмосферы

Турбулизованный под влиянием подстилающей поверхности слой называется планетарным пограничным слоем атмосферы. Его толщина зависит от скорости внешнего потока (потока на большое расстояние от земной поверхности - в свободной атмосфере), от вертикальной стратификации, от размеров и формы неровностей подстилающей поверхности. Пограничный слой атмосферы характеризуется не только непрерывным ростом скорости от нуля до величины, соответствующей потоку в свободной атмосфере, но и вполне закономерным изменением направления ветра при всех вращениях. Последнее обусловлено влиянием силы Кориолиса ().  Механизм правого вращения ветра становится понятным, если руководствоваться следующими соображениями.

Вблизи земной поверхности градиент давления уравновешивается силой трения (). С увеличением высоты и уменьшением затормаживающего влияния земной поверхности уменьшается сила трения, растет скорость, а пропорционально возрастанию скорости увеличивается , пропорционально которой и увеличивается изменение направления ветра. Динамическое влияние земной поверхности, как указывают опытные данные, проявляется до высоты 1,5-2 км, что справедливо и для монотонного правого вращения ветра (угол поворота на этой высоте может достигать 24°). Дальнейшие изменения направления уже невелики и теряют монотонный характер. Рассматривая задачу формирования метеопараметров в пограничном слое атмосферы, ограничимся случаем стационарности и однородности вдоль оси [1]. Система уравнений, описывающих пограничный слой, состоит из уравнений, описывающих вертикальные профили турбулентных напряжений (уравнений динамики) при и :    

,                                                                    (1)

, , - постоянная Кармана;

- продольная скорость ветра;

- поперечная скорость ветра, соответственно;

- продольное турбулентное напряжение;

- поперечное турбулентное напряжение.

Уравнение для коэффициента турбулентности:

.                                                                  (2)

Уравнение баланса энергии турбулентной пульсации:

,                         (3)

где ; ; - численный коэффициент, определяемый эмпирически.

Уравнения для масштаба турбулентных пульсаций:

.    (4)

Уравнение для потока тепла:

,                (5)

где - масштаб Монина-Обухова, - динамическая скорость, определяемая по данным наблюдения в приземном слое; - безразмерная высота пограничного слоя, получаемая из уравнения:

,                  (6)