References

hydrophysics

Фундаментальная и прикладная гидрофизика

Fundamental and Applied Hydrophysics

2073-66732782-5221

St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences

hydrophysics-871

Research Article

ГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ И БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И ПРОЦЕССЫ

HYDROPHYSICAL AND BIOGEOCHEMICAL FIELDS AND PROCESSES

Оценки коэффициентов горизонтального турбулентного обмена в Белом море по данным измерений скорости течений

Evaluation factors of horizontal turbulent exchange in the White Sea according to flow measurement

Жегулин

Г. В.

Zhegulin

G. V.

Зимин

А. В.

Zimin

A. V.

Санкт-Петербургский филиал Института океанологии им. П.П. Ширшова РАНРоссияSaint-Petersburg Branch of the P. P. Shirshov Institute of Oceanology of RASRussian Federation

Санкт-Петербургский филиал Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН; Российский государственный гидрометеорологический университетРоссияSaint-Petersburg Branch of the P. P. Shirshov Institute of Oceanology of RAS; Russian State Hydrometeorological UniversityRussian Federation

2017

19112022

1011730

2022

Жегулин Г.В., Зимин А.В.

Zhegulin G.V., Zimin A.V.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/871

В работе на основе данных учащенных измерений скоростей течения, выполненных в проливных зонах Белого моря, произведен расчет коэффициентов горизонтального турбулентной вязкости и их изменчивость с глубиной в зависимости от периода осреднения скоростей течения. Для устранения упорядоченных движений в поле скоростей применялась методика скользящего осреднения, а выделение локальных эффектов производилось на основе вейвлет-анализа. Полученные результаты указали на возможность выделения в Белом море интервалов временных масштабов притока энергии от упорядоченных энергосодержащих движений (колебания с приливными частотами M2, M4 и M6, механизм регулярной перестройки течений, придонное трение) и нестационарных внешних источников (бароклинные течения, дезинтеграция внутреннего прилива, короткопериодные внутренние волны). Установлено, что анизотропия возрастает с увеличением периода осреднения. При определенных масштабах сглаживания скоростей течения, преимущественно для центральных областей потока, поле пульсаций горизонтального вектора скорости изотропно. С учетом исключения влияния внешних источников энергии на структуру потока и поверхностных ветро-волновых процессов порядок значений коэффициентов турбулентной вязкости вдоль течения составил 102—105 см2⁄с, а в направлении, нормальном к потоку, коэффициент обмена в 1—3 раза меньше.

The coefficients of horizontal turbulent viscosity and their variability with the depth depending on the averaging period of flow rates are calculated on the basis of an increased flow velocity measurement data performed in the heavy areas of the White Sea. The technique of sliding averaging was used to eliminate the orderly movement in the velocity field, and the selection of local effects was carried out on the basis of wavelet analysis. The results indicated the possibility of release the time interval scale inflow of energy from the energy-ordered motions in the White Sea (fluctuations with the tidal frequencies M2, M4 and M6, the mechanism of the regular adjustment of currents, bottom friction), and unstable external sources (baroclinic currents, the disintegration of the internal tide, short-period internal waves). It was found that the anisotropy increases with the averaging period. Under certain extent of smoothing the flow velocity, mainly for the central regions of the flow field, the field of pulsations of a horizontal vector of speed is isotropic. Taking into account the exclusion of influence of external sources of energy in the flow structure and the surface wind and wave processes the values of eddy viscosity coefficients along the flow was 102—105 sm2⁄s, and in a direction normal to the flow the exchange ratio was 1—3 times smaller.

Белое морепульсации скоростипериод осредненияэнергоснабжениекоэффициент турбулентного обмена

the White Seavelocity fluctuationsaveraging periodenergyturbulent exchange coefficient

Данная работа частично была выполнена при финансовой поддержке проекта РФФИ № 15-05-04639_а.

References1

Монин А. С., Озмидов Р. В. Океанская турбулентность. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 320 с.

Озмидов Р. В. Горизонтальная турбулентность и турбулентный обмен в океане. М.: Наука, 1968. 200 с.

Исследование океанической турбулентности / Под ред. Р. В. Озмидова. М.: Наука, 1973. 176 с.

Lueck R. G. Oceanic velocity microstructure measurements in the 20th century / R.G. Lueck, F. Wolk, H. Yamazaki // Journal of Oceanography. 2002. V. 58. P. 153—174.

Доронин Ю. П. Физика океана. СПб., 2000. 296 с.

Море / Пер. с англ. Л.: Гидрометеоиздат, 1965. 465 с.

Jongen T., Marx Y. P. Design of an unconditionally stable, positive scheme for the k-ε and two-layer turbulence models // Comp. Fluids. 1997. V. 26, N 5. P. 469—487.

Xu D., Leschziner M. A., Khoo B. C., Shu C. Numerical prediction of separation and reattachment of turbulent flow in axisymmetric diffuser // Comp. Fluids. 1997. V. 26, N 4. P. 417—423.

Кузьминов А. В., Лапин В. Н., Черный С. Г. Метод расчета течений несжимаемой жидкости на основе двухслойной (k-ε)- модели // Вычислительные технологии. 2001. Т. 6, № 5. С. 73—86.

Orszag S. A., Yakhot V., Flannery W. S., Boysan F., Choundhury D., Maruzewski J., Patel B. Renormalization group modeling and turbulence simulations // International conference on near-wall turbulent flows, Tempe, Arizona, 1993.

Shih T.-H., Liou W.W., Shabbir A., Yang Z., Zhu J. A new k-ε eddy-viscosity model for high Reynolds number turbulent flows — Model development and validation // Computers fluids. 1995. N 24 (3). P. 227—238.

Журбас В. М., Зацепин А. Г., Григорьева Ю. В. Циркуляция вод и характеристики разномасштабных течений в верхнем слое Черного моря по дрифтерным данным // Океанология. 2004. Т. 44, № 1. С.34—48.

Oh I. S., Zhurbas V., Park W. Estimating horizontal diffusivity in the East Sea (Sea of Japan) and the northwest Pacific from satellite-tracked drifter data // J. G. Res. 2000. V. 105, № C3. P. 6483—6492.

Richardson P. L. Drifting below the surface, floats reval energetic mases of swirling water that transport salt and energy // Americ. Scien. 1993. V.81. P. 261—271.

Zhurbas V., Oh I. S. Lateral diffusivity and Lagrangian scales in the Pacific ocean as derived from drifter data // J. Geophys. Res. 2003. V. 108, № C5. P. 101—105.

Питербарг Л. И. Динамика и прогноз крупномасштабных аномалий температуры поверхности океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 201 с.

Armi L., Stommel H. Four views of a portion of the North Atlantic subtropical gyre // J. Phys. Ocanogr. 1983. V. 13. P.828—857.

Booth D. A. Horizontal dispersion in the northeast Atlantic // J. Deep-Sea Res. 1988. V. 35, № 12. P. 1937—1951.

Cunningham S. A., Haine T. W. N. Labrador sea water in the Eastern North Atlantic. Part II: Mixing dynamics and the advectivediffusive balance // J. Phys. Oceanogr. 1995. V. 25. P. 666—678.

Jenkins W. J. 3H and 3He in the beta triangle: observations of gyre ventilation and oxygen utilization rates // J. Phys. Oceanogr. 1987. V. 17. P. 763—783.

Howarth M. J., Souza A. J. Reynolds stress observations in continental shelf seas // Deep_Sea Res II. 2005. V. 52, № 6. P. 1075—1086.

Souza A. J., Howarth M. J. Estimates of Reynolds stress in a highly energetic shelf sea // Ocean Dynamics. 2005. V. 55, № 3. P. 490—498.

Ralston D. K., Stacey M. T. Shear and turbulence production across subtidal channels // J. Mar. Res. 2006. V. 64, № 1. P. 147—171.

Lu Y., Lueck R. G. Using a broadband ADCP in a tidal channel. Part II: Turbulence // J. Atmos. Oceanic Technol. 1999. V. 16, № 11. P. 1568—1579.

Rippeth T. P., Williams E., Simpson J. H. Reynolds stress and turbulent energy production in a tidal channel // J. Phys. Oceanogr. 2002. V. 32, № 6. P. 1242—1251.

Жегулин Г. В., Зимин А. В. Характеристики турбулентных процессов в шельфовом районе Белого моря по данным натурных наблюдений // Тр. XII Всероссийской конф. «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики». СПб., 2014. С. 212—215.

Жегулин Г. В., Зимин А. В. Оценки горизонтального турбулентного обмена в Белом море по данным наблюдений // Труды XI Всероссийской конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики». СПб.: Наука, 2012. С. 274—277.

Lorke A., Wuest A. Application of сoherent ADCP for turbulence measurements in the bottom boundary layer // J. Atmosph Ocean. Technol. 2005. V. 22, № 6. P. 1821—1828.

Ertel H. Tensorielle Theorie der Turbulenz // Ann. D. Hydr. U. Marit. Met. N. 5. H. Y., 1937. P. 193—205.

Жданов А. А., Гранин Н. Г., Гнатовский Р. Ю., Блинов В. В. Горизонтальный макротурбулентный обмен и скорость диссипации турбулентной энергии в пелагиали озера Байкал // География и природные ресурсы. 2009. № 1. С. 55—60.

Верболов В. И. О коэффициентах горизонтального макротурбулентного обмена в прибрежной зоне Южного Байкала // Течения и диффузия вод Байкала. Л.: Наука, 1970. С. 122—131.

Алексеев Л. П. Изучение и методы расчета крупномасштабной турбулентности глубоководного водоема. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 128 с.

Тимофеев В. Т., Панов В. В. Косвенные методы выделения и анализа водных масс. Л.: Гидрометеоиздат, 1962. 352 с.

Штокман В. Б. Избранные труды по физике моря. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. 336 с.

Зимин А. В., Родионов А. А., Жегулин Г. В., Здоровеннов Р. Э., Романенков Д. А., Шевчук О. И., Родионов М. А. Исследования короткопериодной изменчивости гидрофизических полей в Белом море в июле-августе 2012 года с научно- исследовательского судна «Эколог» // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2012. Т. 5, № 3. С. 85—88.

Монин А. С., Яглом А. М. Статистическая гидромеханика. Ч. 2. М.: Наука, 1967. 720 с.

Астафьева Н. М. Вейвлет-анализ: Основы теории и примеры применения // Успехи физических наук. 1996. Т. 166, № 11. С. 1145—1170.

Короновский А. А. Непрерывный вейвлетный анализ и его приложения / А. А. Короновский, А. Е. Храмов. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. 176 с.

Torrence C. A Practical Guide to Wavelet Analysis / C. Torrence, G. P. Compo // Bulletin of the American Meteorological Society. 1998. V. 79. P. 61—78.

Витязев В. В. Вейвлет-анализ временных рядов. Учеб. пособие. СПб: Изд-во СПбГУ, 2001. 58 с.

Жегулин Г. В., Зимин А. В. Применение непрерывного вейвлет-преобразования для выделения внутренних волн и турбулентности // Тр. IV Научно-технической конференции молодых ученых и специалистов «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики». СПб., 2015. С. 213—217.

Вентцель Е. С., Овчаров Л. А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. М.: «Высшая школа», 2000. 480 с.

Коняев К. В., Сабинин К. Д. Волны внутри океана. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. 272 с.

Коротенко К. А., Сенчев А. В. Исследование турбулентности в приливной прибрежной зоне // Океанология. 2011. Т. 51, № 3. С. 418—431.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.