атмосферная турбулентность оказывает огромное воздействие на жизнь человека и ее изучение имеет большое практическое значение. Реализация идеи турбулентной смеси атмосферных процессов проложила путь для расчета теплового потока, протекающего в атмосфере, что позволило исследовать испарение и расход различных загрязняющих веществ, в том числе радиации, а также суточное разнообразие моделей вертикального распределения и метеорологических характеристик, процесс формирования облаков и туманов, турбулентность в самолете и многие другие важные вопросы.
Во время процесса такого воздушного перемешивания отдельные потоки способны переносить с собой различное количество тепла, воды, твердых примесей, и разнообразные газы. Именно поэтому она является одним из важнейших механизмов распределения различных свойств и явлений в атмосфере.
Наблюдение за данным явлением началось еще во времена Леонардо да Винчи, о чем можно сдуть по его рисунку.
Турбулентное движение представляет собой такое движение воздуха, когда частицы перемещаются нерегулярно и не периодично в каком-либо пространстве и во времени. При этом процессе течение воздуха определяется значительным переносом энергии в различных масштабах, а также среднее расстояние между частицами среды увеличивается. Даже при наличии не периодичных и нерегулярных движений отдельных частей, данный вихрь в атмосфере может быть определен некоторыми средними значениями амплитуды и периода, а также частоты пульсаций. Турбулентность в атмосфере проявляется в виде различных пульсаций скоростей и направления ветра как в горизонтальном, так и вертикальном направлении. Такие периоды или частоты пульсаций скорости ветра может меняться от нескольких герц и до нескольких тысяч герц.
Интенсивность данного движения в пограничном слое атмосферы определяется несколькими факторами, которые также можно разделить на динамические, термические и орографические . Именно под влиянием данных факторов движение воздуха в пространстве приобретает пульсационный характер способный менять как скорость распространения, так и направление своего движения. Но также вместе с неупорядоченными движениями воздушных частиц в атмосфере могут существовать и, так называемые, упорядоченные движения в которых скорость воздушного потока и направление движения могут меняться с определённой периодичностью. А также в некоторых случаях здесь же могут наблюдаться достаточно слабые движения воздуха и такое движение с слабыми пульсациями можно будет назвать «ламинарным».
Выделяют несколько причин возникновения турбулентности в атмосфере. Перовая и самая распространенная это турбулентность динамического происхождения и связана она с трением воздушных масс о подстилающую поверхностью. Здесь действует некая закономерность, чем больше скорость ветра и размеры шероховатостей, тем интенсивнее будет развиваться данный вид турбулентности. В высоких слоях атмосферы динамическая турбулентность может быть вызвана как сдвигом ветра, так и присутствием больших горизонтальных и вертикальных градиентов. Под понятием «сдвиг ветра» понимают резкое изменение направления ветра в пространстве, включая в себя как восходящие, так и нисходящие потоки воздуха . Наиболее опасная турбулентность образуется, когда вертикальный сдвиг ветра имеет значение более 3 м/с на 100 м высоты, а также если горизонтальный сдвиг ветра произошел на более 6 м/с на 100 км расстояния. Чаще всего такие турбулентные зоны имеют ограниченные размеры. Толщина данных зон обычно не превышают отметку в 300-600 м, а их горизонтальная протяженность составляет порядка 60-80 км. Очень в редких случаях турбулентная зона может охватывать слой толщиной 2-3 км. И иметь протяженность порядка 1000 км. Здесь действует некая зависимость между интенсивностью турбулентности и ее толщиной и протяженности. Чем больше интенсивность данной зона, тем меньше ее толщина, а, следовательно, и протяженность. Данные зоны весьма неустойчивы во времени и могут исчезать с некой периодичностью. В основном они исчезают уже через 30-50 минут после возникновения. Чаще всего турбулентность данного типа развивается в зоне тропопаузы где могут наблюдаться сходимость (конвергенция) и расходимость (дивергенция) потоков воздуха.
Следующий тип образования турбулентности это термическая .Её происхождение связано, прежде всего, с неустойчивой стратификацией атмосферы. Главным фактором образования данной турбулентности являются конвективные потоки в форме теплых воздушных струй или в форме обособленных замкнутых объемов теплого воздуха, так называемых пузырей. Бывают случаи, когда несколько конвективных потоков объединяются между собой и образуют термики, которые могут доходить до 2-3 км. В облаках типа кучевых, слоисто-кучевых и дождевых, особенно интенсивно происходят конвективные движения. Турбулентность данного типа происхождения имеет выраженную периодичность, суточный и годовой ход. Так как термическая турбулентность зависит от температуры подстилающей поверхности, то она минимальна ночью, а также в холодный период года. Для развития такой турбулентности будут благоприятны летние условия с зонами адвекции холода и мало градиентные барические поля.
В формировании турбулентности могут принимать и всякого рода возвышенности, а также горные препятствия . Турбулентность орографического происхождения образуется непосредственно над гребнями гор при деформации воздушных потоков. Степень завихренности и интенсивность потока возрастает при увеличении скорости ветра над кромкой хребта. А также при наложении термической турбулентности, турбулентность орографического происхождения может усиливатьс
