1. Турбулентность, включая и упорядоченную конвекцию, приводит к
сильному перемешиванию воздуха, особенно в вертикальном направлении.
Перемешивание это в тысячи и десятки тысяч раз сильнее, чем могло бы
происходить только молекулярным путем, вследствие молекулярной
диффузии. Вспомним, что в процессе турбулентности перемещаются и
перемешиваются не отдельные молекулы, а большие в сравнении с ними
элементы турбулентности.
Перемешивание воздуха в процессе турбулентности - турбулентная
диффузия - приводит к распространению в атмосфере тепла и влаги, в
особенности к их обмену по вертикали. Турбулентному обмену
подвержено также и количество движения mV (m - масса, V- скорость
воздуха), вследствие чего в процессе турбулентности происходит
некоторое выравнивание средних скоростей ветра по вертикали. В связи
с этим в атмосфере создается, кроме обычного молекулярного трения
(молекулярной вязкости), еще в тысячи раз более сильное турбулентное
трение. Об этом подробно сказано в главе шестой.
2. В процессе вертикального турбулентного обмена каждая переносимая
субстанция (примесь к воздуху или его свойство) распространяется в
том направлении, в котором она убывает, т. е. в направлении своего
вертикального градиента. Содержание водяного пара и пыли, как
правило, убывает кверху. Поэтому турбулентный перенос этих
субстанций обычно направлен вверх. Количество движения передается
чаще всего вниз, поскольку скорость ветра с высотой растет.
3. Более сложен вопрос о турбулентном переносе тепла. Вследствие
сжимаемости воздуха и адиабатических изменений температуры при
вертикальных движениях о направлении переноса тепла нельзя судить по
направлению градиента температуры. Сохраняющейся характеристикой
состояния воздуха (при сухоадиабатическом процессе) является его
потенциальная температура.
При росте потенциальной температуры с высотой, т. е. при градиенте
температуры, меньшем адиабатического, он направлен вниз; при падении
потенциальной температуры с высотой, т. е. при градиенте
температуры, большем адиабатического,- вверх. Но в действительных
условиях атмосферы потенциальная температура обычно растет с
высотой, поскольку вертикальный градиент температуры меньше
адиабатического градиента 1 °С/100 м. Отсюда следует вывод, что
турбулентный поток тепла в большинстве направлен сверху вниз,
атмосферы к Земле. Однако из опыта можно видеть, что земная
поверхность в среднем теплее, чем воздух над ней, и что,
следовательно, тепло должно в большей мере передаваться от
поверхности вверх, чем сверху к поверхности. Объясняется это тем,
что при больших значениях вертикального градиента температуры, когда
Q>0, велик коэффициент турбулентного обмена А. Вследствие этого
вверх направленные потоки существенно больше потоков тепла,
направленных вниз, хотя и наблюдаются положительные Q реже, чем вниз
направленные потоки.