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A Slip-velocity Hypothesis Applied to Hydraulically Smooth Wind Flow Over a Snow cover

Published online by Cambridge University Press:  20 January 2017

James D. Bergen*
Affiliation:
Pacific Southwest Forest and Range Experiment Station, U.S. Department of Agriculture Forest Service, P.O, Box 245, Berkeley, California 94701, U.S.A.
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Abstract

An hypothesis relating the slip velocity for laminar flow over a porous surface to the specific permeability of the surface proposed by Beavers and Joseph (1967) is applied to the problem of estimating the surface shear stress on an extensive snow surface at low wind speeds. Vertical profiles of wind speed and the air permeability of the surface snow layer were recorded for five periods of neutrally stable, hydraulically smooth flow. The variation of the ratio of the slip velocity to the surface shear stress with the specific permability was examined. The data are compatible with the hypothesis, although they are too sparse to allow valid estimates of the coefficients in the hypothesis.

Résumé

Résumé

Une hypothèse reliant à la vitesse de glissement pour les écoulements laminaires sur une surface poreuse à la perméabilité spécifique de la surface, proposée par Beavers et Joseph (1967) est appliquée au problème de l’estimation de la contrainte de cisaillement de surface sur une grande étendue enneigée pour de faibles vitesses de vent. Les profils verticaux de vitesse de vent et de perméabilité à l’air de la couche superficielle de la neige ont été enregistrés pendant cinq périodes d’écoulement hydrauliquement lisse de stabilité neutre. La variation du rapport de la vitesse de glissement à la contrainte de cisaillement de surface avec la perméabilité spécifique a été examinée. Les données sont compatibles avec l'hypothèse bien qu’elles soient trop dispersées pour permettre une estimation valable des coefficients à mettre en jeu dans l’hypothèse.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Eine Hypothese, welche die Gleitgeschwindigkeit einer laminaren Strömung über einer porösen Oberfläche mit der spezifischen Durchlässigkeit jener Oberfläche, die Beavers und Joseph (1967) Vorschlagen, in Beziehung setzt, wird auf das Problem der Abschätzung der oberflächlichen Scherspannung auf einer ausgedehnten Schneefläche bei niedrigen Windgeschwindigkeiten angewandt. Vertikale Profile der Windgeschwindigkeit und die Luftdurchlässigkeit der Oberflächennahen Schneeschicht wurden während fünf Perioden mit stabilen, hydraulisch glatten Strömungsverhältnissen aufgezeichnet. Die Änderung des Verhältnisses zwischen der Gleitgeschwindigkeit und der oberflächlichen Scherspannung mit der spezifischen Durchlässigkeit wurde untersucht. Die Ergebnisse stimmen mit der Hypothese überein, obwohl sie noch zu wenig zahlreich sind, um eine sichere Abschätzung der Koeffizienten in der Hypothese zu gestatten.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © The Author(s) 1980 
Figure 0

Fig. 1.Vertical profiles of wind speed used for analysis.

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TABLE I.Estimates of wind-profile parameters and snow properties

Figure 2

Fig. 2.Variation of the ratio of slip velocity to shear stress with the square root of the specific permeability.