Helizität

In der Fluiddynamik, der Helizität ein Maß für den Antriebseffekt, dass eine lokale Spin auf einem Fluid Plot. Dies ist eine Menge verwendet wird, um Turbulenz ableiten und wird insbesondere in der Meteorologie, das Potential tornadic abzuschätzen. Die Helizität ist ein beibehalten, wenn die Flüssigkeit gehorcht den Navier-Stokes-Gleichungen für einen perfekten inkompressiblen Flüssigkeitsmenge.


Allgemeine Definition

Die Helizität durch Summieren in einem Flüssigkeitspaket, dem Wirbel relativ zum Skalarprodukt des lokalen Geschwindigkeit in der Flüssigkeit berechnet wird:

Die Gleichung zeigt, wie das Band wird in eine Drehung um eine Achse in der Fahrtrichtung ein, die Helizität ist positiv, wenn die Drehung im Uhrzeigersinn und negativer Richtung, wenn die Drehung im Gegenuhrzeigersinn ist. Darüber hinaus über den Whirlpool und die lokale Geschwindigkeit parallel sein, mehr H sein.

Deutung

Wenn es ein Fluid, dessen Geschwindigkeitsänderungen als eine in Richtung R bewegt, bewirkt dies eine Drehbewegung um eine Achse senkrecht zur Achse der Verschiebung. Um zu verstehen warum, nur vorstellen, ein Schaufelrad, mit einer horizontalen Achse, in Fluidbewegungs gestellt von links nach rechts. Wenn der Flüssigkeits dass die oben auf dem Rad mit einer größeren Geschwindigkeit als die, die der Boden erreicht bewegt, beginnt sich das Rad dreht in der Richtung im Uhrzeigersinn. Dies induziert Wirbel in der Flüssigkeit, deren Achse in die Seite hinein.

Danach berücksichtigt ein unabhängiges Volumen, das in dieser Umgebung zu einer gegebenen Ebene und mit einer Geschwindigkeit, die sich von der Umgebung bewegt. Wenn dieses Volumen bewegt sich in die gleiche Richtung wie die Umwelt und sind senkrecht und das Volumen wird nicht die Richtung ändern.

Durch die Nachteile, wenn einem Winkel zu der Whirlpool, das Volumen wird die Richtung zu ändern, weil die Umwelt auf diesem Niveau hat eine andere Richtung. Das Maximum auftritt, wenn die Drehung in der gleichen Richtung wie der Wirbel. In diesem Fall wird das obere Volumen auf eine höhere Geschwindigkeit als die niedrige Schaffen Drehung unterzogen.

Wetterkunde

In der Meteorologie ist die Helizität der Umgebung der Drehüberweisung auf ein Luftpaket Konvektion. In diesem Fall vereinfacht es die Definition der Helizität in einer Dimension unter der Annahme, dass der Wirbel horizontal:

Da nur horizontal, = = z-Achse

Deshalb

Der zweite Term ist Null als orthogonal zu und deshalb

Der obige Ausdruck ist ein Kombinationsprodukt, und wir können, dass zu schreiben:

Berechnung

Sie können die Bedingungen dieser Gleichung als eine Änderung in Richtung auf ein Luftpaket über die Umgebung auferlegt sehen. In dieser Formulierung:

  • Wenn der horizontalen Windrichtung nicht mit der Höhe nicht ändern, ist Null, da H und parallel und damit deren Vektorprodukt gleich Null ist.
  • Es ist offensichtlich, dass H ist positiv, wenn horairement dreht sich mit der Höhe und negativ im umgekehrten Fall.

Ein schneller Weg, um die Helizität sehen ist darauf mit Höhenwinde auf einem Hodograph wie das Recht, bei denen der Abstand zum Zentrum steht für die Windgeschwindigkeit und Winkel, Richtung. Die Helizität definiert entspricht der Oberfläche soutendue von der Linie, die den Zeige der Winde in einem bestimmten Höhenlage.

Da Daten auf einem Hodograph nicht kontinuierlich, sondern Werte an vorbestimmten Höhen wird die Helizität somit unter Verwendung einer Näherung berechnet statt. Wenn die Winde ihre Richtung ändern, mit der Höhe, wie in der Kurve gibt es einen von Null verschiedenen Helizität. Durch die Nachteile, wenn die Winde sind alle in die gleiche Richtung, die wir mit einer Linie und einem Null-Oberfläche zurück.

Physikalische Interpretation

Die Helizität hat Einheiten von Energie, die als ein Maß für den Energie Windscherung, einschließlich ihrerseits interpretiert werden kann. Die Luft, die parallel zu dem Boden, um einen Sturm verläuft und eine solche Scherung ausgesetzt wird gedreht. Die Aufwärtsströmung in einem Sturm ändert die Drehachse auf die vertikale, die vertikale Ausrichtung von Drehung und erzeugt eine Mesozyklone. Die Helizität daher ein Maß für die Rotation der Luft in den unteren Schichten der Atmosphäre, die den Sturm kann in vertikale Dreh umgewandelt werden.


Relative Helizität

Die Helizität dient damit Tornados definieren potentiellen Indizes. Allerdings sollte in diesem Fall muss in dem Sturm Rahmen durch Subtraktion der Geschwindigkeit desselben mit dem Boden platziert werden. Z ist ebenfalls in der Schicht zwischen der Wolkenbasis und der Mitte, weil es in diesem Teil, dass die Rotation erzeugt ist begrenzt:



Die kritischen Werte von dieser relativen Helizität für die heftige Stürme in Nordamerika gefunden werden, sind:

NB Wenn die Helizität innerhalb von 1 km berechnet, ist die einzige Schwelle 100.

Helizität Index

Jedoch sind diese Ergebnisse sehr variabel in Abhängigkeit von der Art von Konvektion, weshalb ein Index, der Helizität und potentieller Energie verfügbar Konvektion kombiniert wurde entwickelt wird. Im Wesentlichen multiplizieren wir H durch CAPE und geteilt durch einen Schwellenwert alle CAPE. Dies beseitigt Bereichen starke horizontale Wirbel aber niedrig Konvektion Potenzial. Dieser Index der Helizität hat folgende Grenzwerte:

(0)
(0)
Kommentare - 0
Keine Kommentare

Fügen Sie einen Kommentar

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Zeichen übrig: 3000
captcha