I. Как турбулентность позволяет атмосфере усвоить тепло, полученное Землей от Солнца? Каковы потоки тепла, берущие начало с поверхности планеты? Как переносится влага, испаряющаяся с водной поверхности? Чтобы ответить на эти вопросы, надо прежде всего измерить осредненные вертикальные потоки тепла (WT) и влаги (WE). Некоторые технические средства, применяемые для этих целей, показаны на снимках, и рисунках вкладки.
II. Метеорологическая вышка с приборами (высотой 72 м) на Цимлянской научной станции.
III. На одном из крупнейших научно-исследовательских судов АН СССР, «Академик Курчатов», в 1972 году в тропической зоне Атлантического океана совместно с кораблями Гидрометеослужбы СССР выполнялся большой комплекс измерений различных характеристик турбулентности над океаном (по программе ТРОПЭКС-72). Приборы (акустический анемометр, инфракрасный гигрометр, микротермометр и акустический волнограф), размещенные на носу корабля, позволяют исследовать взаимодействие атмосферы, и океана.
IV. Буй-лаборатория Лаборатоии физической океанографии (Париж). Построена известным французским исследователем Ж.-И. Кусто; установлена в Средиземном море, в 100 км южнее Марселя. В 1969 году совместно с французскими коллегами советские ученые выполняли здесь обширные исследования по проблеме «Взаимодействие океана и атмосферы». Одновременно исследования велись, и с научно-исследовательского судна «Михаил Ломоносов»
V. Экспериментапьная база Института географии АН Азербайджанской ССР, Института океанологии АН СССР и Института физики атмосферы АН СССР. База расположена в Каспийском море, в 20 километрах от берега, вблизи Баку, на неподвижном свайном основании (площадью 1 200 м2). Во время экспедиции (6 месяцев в году) на станции работает 10 - 12 человек; постоянно ее обслуживает 3 - 4 человека/ Здесь тремя институтами ведутся совместные исследования процессов взаимодействия моря, и атмосферы. Станция эта уникальная, подобной нет нигде в мире.
VI. Летающая лаборатория; на носу самолета укреплена штанга с измерительными приборами (она показана отдельно на нижнем снимке) - акустическим анемометром (впереди), термоанемометром (внизу) и микротермометром (сбоку).
VII. Подвижная мачта («журавль»), на которой крепятся приборы для измерения атмосферной турбулентности.
VIII. Схемы приборов анемометра - для измерения скорости ветра (W); гигрометра - для определения влажности воздуха (Е); термометра - для замера температуры (Т).
Акустический анемометр; излучатель 1, соединенный с ультразвуковым генератором 3, посылает ультразвуковые колебания частотой 100 кгц, которые улавливаются приемниками 2. Затем сигналы попадают в усилитель 4, а оттуда - в фазомегр 5. Определяемый им сдвиг фаз колебаний, принятых разными приемниками, пропорционален вертикальной компоненте скорости ветра (W). Чувствительность прибора - 1 см в секунду.
Инфракрасный гигрометр луч от источника света 6 (кварцевая лампочка), пройдя через линзу 7, делится полупрозрачным зеркалом на два луча. На пути каждого луча стоят интерференционные светофильтры 8, пропускающие только инфракрасные волны. Один из фильтров выделяет волны, поглощаемые водяным паром, а другой - не поглощаемые водяным паром. В приборе имеется обтюратор (прерыватель) 9, который модулирует лучи создает сигналы, сдвинутые по фазе на 180 градусов друг относительно друга. В зависимости от влажности - числа молекул водяного пара 11 на пути объединенного луча 10 - меняется сигнал приемника излучения 13. Пройдя усилитель 14, сигнал поступает на синхронный детектор 16 (куда также подается необходимый для его работы опорный сигнал 15), детектор выдает сигнал, пропорциональный абсолютной влажности (Е). Чувствительность гигрометра - 0,01 г на кубометр.
Микротермометр датчиком температуры служит вольфрамовая проволочка 17 (диаметром 1 - 20 микрометров), которая является одним из плеч измерительного моста 18. Сопротивление проволочки меняется в зависимости от температуры воздуха. Сигнал рассогласования измерительного моста, питаемого генератором напряжения 19, попадает в усилитель 20, а затем в синхронный детектор 21, который, и определяет темпсра-ТУРУ (Т). Чувствительность прибора - 0,001° С.
Показания всех приборов записываются на магнитную ленту магнитофона 22. Эти данные можно затем с магнитофона 23 ввести в электронную вычислительную машину (цифровую или аналоговую) 24, которая и рассчитает различные характеристики атмосферной турбулентности, например, поток тепла (средние значения WT) или поток влаги (средние значения WE).
IX. В аэродинамической трубе Колорадского университета (США), стенки которой могут подогреваться или охлаждаться, идет подготовка к испытанию модели (фото слева), картина образования вихрей при обдувании модели города в трубе видна на фото в центре; справа показаны схемы обтекания здания (сбоку, и в плане) ветровым потоком; такие схемы строят по данным испытаний в аэродинамической трубе.
