Hidrológiai Közlöny 2005 (85. évfolyam)
3. szám - Varga István–Varga Ádám: A szél hatása tavakban kialakuló áramlásokra
34 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2005. 85. ÉVF. 3. SZ. - Mitől és hogyan fllgg a légmozgás vízfelületre kifejtett közvetlen hatása az okozott periodikus vízmozgást is figyelembe véve? A különböző sűrűségű és sebességű közegek közötti súrlódás fajlagos értéke általánosan: . 2 ^=p ac D, zfV 2 2 = p afV. 2; c D, z = W; összefüggések alapján közelíthető, ahol p.: a levegő sűrűsége [kg/m 3]; a szélsebesség a (nyugalmi) felszín felett z magasságban [m/s]; ff.: a levegő és a felszín közti csúsztató sebesség [m/s]; C D l: a W z - re vonatkozó levegő-felszín közötti ellenállási tényező [1]. Az ellenállási tényező értékének meghatározásához a vízszintes irányú szélsebesség függőleges irányú W z változását közelítő pl. logaritmikus eloszlás szolgáltat alapot, mely szerint: K w z 1 Z — = —In—; W. K z n = ln —• z =«c W 2 r— 1, 1 > D,z z Z° S k: a Kármán-féle állandó (= 0.4) [1]; W z: a szélsebesség a (nyugalmi) felszín felett z magasságban [m/s]; Zo: a levegő-felszín közötti egyenértékű aerodinamikai érdesség [m]; a: a felszín relatív érdességét jellemző tényező [1]; C D l: a W z sebességre vonatkozó, levegő-felszín közötti ellenállási tényező [1]. A szokásos z=10 m mértékadó magasság figyelembe vételével (1. ábra): í \ V Co,io e xP K 2VQ 10 1 10 g W, 10 a C Dl 0 «4.4x10" 0.29 1 ; 0.002 < — <0.25 (2) X A meteorológiai állomás adataira támaszkodva a felszín által már nem befolyásolt (turbulens határrétegen kívüli) légmozgás sebessége az általános logaritmikus sebesség-eloszlási törvény alapján: "te) 1. ábra A W l 0 szélsebességre vonatkozó levegő -felszín közötti C DJ 0 ellenállási tényező közelítése W. K 5 m, a ' = 0„N ahol (a szárazföldi mérőhelyen értelmezve): W m,io: 10 m magasságban mért szélsebesség [m/s]; W 0: a felszín érdességi viszonyai által már nem befolyásolt szélsebesség [m/s]; ő mf i: a turbulens határréteg vastagsága a mérési hely környezetében [m]; CDm,io'- a levegő-felszín közötti, lV m l 0 -re vonatkozó ellenállási tényező [1]. A turbulens határréteg vastagságát a szélsebesség A W(z)/Az = 0.01 m/s/m függőleges menti változásával definiálva, valamint bevezetve a mérési hely környezetére értelmezett a m átlagos relatív érdességet, a felszín által már nem befolyásolt, és a 10 m magasságban mért szélsebesség viszonyára: f . \ 0.145 W n W. «1-0.167 m,IO 1 X. ln0.6 V m w. m. 10 1 \0 145 X. x=10 g <* mK, l 0 2 (3) összefüggés adódik, melyben a turbulens határréteg vastagsága {AW(z)/Az = 0.01): Mivel feltételezés szerint W 0 értéke konstans, a (3) összefüggés alapján - implicit módon - becsülhető a vízfelület felett 10 m magasságban értelmezett IV W szélsebességnek a mérési hely ff^io értékéhez viszonyított növekedése. Ha a mérési hely relatív érdessége o^ és a vízfelületé ot,, a szélsebességek, ill. a turbulens határréteg vastagságok viszonya - a szélsebességtől gyakorlatilag függetlenül: m, 0 16.7 W. m,10 1 \ 0.145 £ 10m W, 10 W. m, 10 \ « / 0.045 a„ rr\ a„ • ill. v,0 m, 0 a., x 0 .09 (4) összefüggés szerint becsülhető. Megjegyzés: A felszín z 0 egyenértékű aerodinamikai érdessége széles tartományban változó: pl. a „sima" vízfelületnél z 0 = 0.00010.0005 m, füves területnél z 0 - 0.01-0. lm, erdős fedettségnél pedig z a = 0.5-1.0 m nagyságrendű. (Raynor, 1977) Ennek megfelelően a zo :Jzo y viszonyszám elérheti az 1 000-t, az aj a v pedig ennek megfelelően a 360-at. A (4) szerint, pl. ha a szárazföldi átlagos relatív érdesség 100szorosa a vízfelületének, a vízfelületre érve (bizonyos, a topográfiai viszonyoktól is függő távolságon belül) a 10 m magasságban értelmezett szélsebesség mintegy 23%-kal, 360-szoros értéknél pedig 30 %-kal lesz nagyobb, mint a szárazföldi mérési helyen. Ugyanakkor az ennek megfelelő turbulens határréteg vastagsága mintegy 34 %-kal, ill. 41 %-kal csökken. Az előzőek alapján már becsülhető a nyugalmi vízfelület felett 10 m magasságban értelmezett fV ] 0(F) szélsebesség szélirányú, az F meghajtási hossz mentén létrejövő változása. A turbulens határréteg vastagság térbeni változását kifejezéssel közelítve, a logaritmikus sebességeloszlás alapján
