Атмосферная турблуентность над болгарией (1. часть)

Zusammenfassung

Die vorliegende Arbeit trägt den Charakter einer empirisch-theoretischen Untersuchung. Sie hat zum Ziel eine allgemeine Vorstellung von dem Turbulenzzustand der Luft in der über der Erdoberfläche Bulgariens liegenden Dreikilometer-Atmosphärenschicht zu vermitteln. Zur grundlegenden Charakteristik der Erscheinung bedient sich der Verfasser des Turbulenzkoeffizienten. Die Untersuchung widmet sich folgenden Fragen:

• 1. Bestimmung des mittleren für das ganze Land repräsentativen Jahreswertes des TurbulenzkoeffizientenK.

• 2. Änderung des Turbulenzkoeffizienten in horizontaler Richtung über dem Territorium Bulgariens.

• 3. Änderung des Turbulenzkoeffizienten als Funktion der Jahreszeit.

• 4. Darstellung des Turbulenzkoeffizienten als Funktion des Mittelwertes der Windgeschwindigkeiten.

• 5. Änderung des Turbulenzkoeffizienten als Funktion der Höbe.

• 6. Änderung des Turbulenzkoeffizienten in Abhängigkeit von der Windrichtung.

Als Versuchsunterlage diente das an den aerologischen Stationen des Landes gesammelte empirische Material (Tab. I) von Pilotballonbeobachtungen, die zur Ermittlung der Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten in den verschiedene Höhenlagen vorgenommen wurden. Die Beobachtungen wurden mit Hilfe von optischen Theodoliten durchgeführt. Nur im Zentralen Aerologischen Observatorium wurde zu diesem Zweck ein Radar-Theodolit benützt.

Der TurbulenzaustauschA ist in der Formel (1) zum Ausdruck gebracht, wobei ϱ die Luftdichte,K den Turbulenzkoeffizienten bedeutet. Zur Bestimmung des Turbulenzkoeffizienten sind spezielle Beobachtungen mittels einer teueren Apparatur erforderlich, die jedoch nicht zur Verfügung stand. Aus diesem Grunde war man bei der Untersuchung auf eine indirekte Methode angewiesen, wobei die als Nebenresultat erschienenen Werte der Geschwindigkeiten der Höhenwindle zur Lösung herangezogen wurden. Zu diesem Zweck wurden die Jahresmittelwerte der Windgeschwindigkeiten im Bereich von 3000 m Höhe über der Erdoberfläche in Höhenunterschieden von 500 m bestimmt (Tab. II).

Mit Hilfe dieser Methode wird zunächst der Koeffizient bestimmt, der durch die Beziehung (2) mit dem TurbulenzkoeffizientenK in Verbindung steht. Zur Ermittlung des Koeffizienten wird anderseits die bekannte theoretische Beziehung (3) unter folgenden zwei theoretischen Voraussetzungen benützt: a) der TurbulenzkoeffizientK ändert sich nicht mit der Höhe der untersuchten Schicht; b) die empirische Kurve, die sich auf Grund der Angaben (Tab. II) ergibt, entspricht dem theoretischen Ausdruck (3). Es ergibt sich technisch folgende Lösung:

• 1. Anhand des empirischen Beobachtungsmaterials wird ein Interpolationspolynom (6) aufgestellt, während der Ausdruck (3) durch Entwicklung in eine Mac Laurin-Reihe in der Umgebung des PunktesZ=0 (die Erdoberfläche) die Form einer unendlichen Reihe (8) annimmt, die bei einem bestimmten Wert von Z unterbrochen wird.

• 2. Dis Identifizierung beider Kurven (6) und (8) führt zu den Beziehungen (10), welche die Werte des Koeffizienten α (z. B. Tab. III—für Bojurischte) ergeben. Mittels (2) wurden dann unter Einhaltung der Höhenabhängigkeit (11) auch die Werte des KoeffizientenK (Tab. IV), ebenfalls für Bojurischte, bestimmt.

Auf dieselbe Weise wurden diese Koeffizienten auch an den übrigen 6 aerologischen Stationen (Tab. VI, VII) ermittelt. Anhand der Mittelwerte des TurbulenzkoeffizientenK wurde auch der Mittelwert für das Land bestimmt. Er beträgt 6,91 m²/sec.

Die für die veschiedenen aerologischen Stationen des Landes bestimmten KoeffizientenK wurden daraufhin mittels der in Tab. IX angeführten Verwandlungsmultiplikatoren zu einem und demselben vertikalen Windgradienten (Tab. VIII) in Beziehung gesetzt. Die Eintragung dieser Werte auf der geographische Karte in Form von Isolinien stellte das Feld dieser CharakteristikK (Abb. 1) dar. Offensichtlich hatK größere Werte über den Bergen und kleinere über den Ebenen; noch kleiner sind die Werte über dem Meer.

Um den Jahresverlauf des Turbulenzkoeffizienten zu ermitteln, wurden die mittleren Monatswerte der Windgeschwindigkeiten in denselben Höhenabständen von 500 m (Tab. X) benützt. Alle Rechnungsergebnisse sind in Tab. XIII angeführt und in Abb. 2 graphisch dargestellt. Es ist klar ersichtlich, daß das Maximum vonK in die Monate August-September und das Minimum in die Monate Dezember-Januar fällt.