Preview

Фундаментальная и прикладная гидрофизика

Расширенный поиск

Крупномасштабная структура конвективного перемешанного слоя в мелководном озере подо льдом

https://doi.org/10.7868/S2073667319010040

Аннотация

В работе представлены результаты анализа данных наблюдений, полученных в период весенней подлёдной конвекции в мелководном Вендюрском озере. Использование высокоточных температурных датчиков позволило количественно описать динамику конвективного перемешанного слоя и оценить его интегральные параметры. Течения в конвективном перемешанном слое измерялись с помощью акустического допплеровского профилографа скорости. Показано, что, несмотря на относительно малые (порядка мм/с) скорости движения, динамика слоя представлена пульсациями в широком спектре частот, что свидетельствует о развитом турбулентном режиме конвекции. Основное внимание было уделено изучению низкочастотных колебаний и, соответственно, крупномасштабной пространственной структуры слоя. На основе использования кумулятивных методов (анализ годографов и прогрессивно-векторных диаграмм) установлено, что эта структура представлена системой конвективных ячеек, играющих роль когерентных структур. При этом наблюдаемая нерегулярность пульсаций в низкочастотной области не противоречит существованию квазидетерминированных ячеек. Динамика таких пульсаций может служить примером возникновения хаоса в маломодовых системах. Процедура распознания образа ячеек основывалась на сопоставлении прогрессивно-векторных диаграмм с семействами диаграмм, рассчитанных с использованием простейших идеализированных моделей ячеек. В рамках разработанной процедуры идентификации ячеек произведена оценка их параметров.

Об авторах

C. Ю. Волков
Институт водных проблем Севера КарНЦ РАН, ФИЦ «Карельский научный центр РАН»
Россия

Петрозаводск



С. Р. Богданов
Институт водных проблем Севера КарНЦ РАН, ФИЦ «Карельский научный центр РАН»
Россия

Петрозаводск



Г. Э. Здоровеннова
Институт водных проблем Севера КарНЦ РАН, ФИЦ «Карельский научный центр РАН»
Россия

Петрозаводск



Р. Э. Здоровеннов
Институт водных проблем Севера КарНЦ РАН, ФИЦ «Карельский научный центр РАН»
Россия

Петрозаводск



Н. И. Пальшин
Институт водных проблем Севера КарНЦ РАН, ФИЦ «Карельский научный центр РАН»
Россия

Петрозаводск



А. Ю. Тержевик
Институт водных проблем Севера КарНЦ РАН, ФИЦ «Карельский научный центр РАН»
Россия

Петрозаводск



Список литературы

1. Kelley D. E. Convection in ice-covered lakes: effects on algal suspension // J. Plankton Res. 1997, 19, P. 859—1880. doi: 10.1093/ plankt/19.12.1859

2. Zilitinkevich S. S. Turbulent Penetrative Convection. Aldershot: Avebury Tech. 1991. 180 p.

3. Lohse D., Xia K.-Q. Small-Scale Properties of Turbulent Rayleigh-Benard Convection // Ann. Rev. Fluid Mech. 2010, 42, P. 335—364.

4. Mironov D. et al. Radiatively driven convection in ice-covered lakes: Observations, scaling, and a mixed layer model // J. Geophys. Res. 2002. 107(C4). doi:10.1029/2001JC000892.

5. Lorke A., Wüest A. Application of Coherent ADCP for Turbulence Measurements in the Bottom Boundary Layer // J. Atmos. Oceanic Technol. 2005. 22. P. 1821—1828.

6. Wiles P. J. et al. A novel technique for measuring the rate of turbulent dissipation in the marine environment // Geophys. Res. Lett. 2006. 33. L21608. doi:10.1029/2006GL027050.

7. Mironov D. V. Radiatively-driven convection in ice-covered lakes: observations; LES, and bulk modeling // Proc. of the Workshop on Interdisciplinary Aspects of Turbulence: Ringberg Castle, Tegernsee, Germany, April 18—25, 2005, P. 105—111.

8. Lenschow D. H., Stephens P. L. The role of thermals in the convective boundary layer // Boundary-Layer. Meteorol. 1980. 19. P. 509—532. https://doi.org/10.1007/BF00122351.

9. Jonas T. Convective mixing processes in natural waters. Ph.D. Thesis, Eidg. Tech. Hochschule, Zürich, Switzerland. 2001. 113 p.

10. Malm J. et al. A field study on currents in a shallow ice-covered lake // Limnol Oceanogr. 1998. 43. P. 1669—1679.

11. Lorenz E. N. Deterministic nonperiodic flow // J. Atmospheric Sci. 1963. 20. P. 130—141.

12. Lord Rayleigh O.M. F.R.S. On convection currents in a horizontal layer of fluid, when the higher temperature is on the under side // Philosoph. Magazine Series 6. 1916. 32. 192. P. 529—546.

13. Bisshopp F. E. On two-dimensional cell patterns // J. Math. Anal. Appl. 1960. 1. P. 373—385.

14. Besicovitch A. S. Almost periodic functions. Cambridge Univ. Press., 1932. 180 p.

15. Maeda I. Simple Quasi-periodic Functions and an Inverse Power Law // J. Facul. Sci., Hokkaido University. Series 7, Geophysics. 1996. 10(1). P. 21—30.

16. Гетлинг А. В. Формирование пространственных структур конвекции Рэлея-Бенара // УФН. 1991. 161(9). C. 1—80.

17. Straus J. M. Penetrative convection in a layer of fluid heated from within // Astrophys. J. 1976. 209. 179—189.

18. Гершуни Г. З., Жуховицкий Е. М. Конвективная устойчивость несжимаемой жидкости. М.: Наука, 1972. 392 с.

19. Goluskin D., van der Poel E. P. Penetrative internally heated convection in two and three dimensions // J. Fluid Mech. 2016. 791. R6. doi:10.1017/jfm.2016.69.

20. Chasnov J. R., Tse K. L. Turbulent penetrative convection with an internal heat source // Fluid Dynam. Res. 2001. 28. P. 397—421. doi:10.1016/S0169-5983(00)00037-X.


Рецензия

Для цитирования:


Волков C.Ю., Богданов С.Р., Здоровеннова Г.Э., Здоровеннов Р.Э., Пальшин Н.И., Тержевик А.Ю. Крупномасштабная структура конвективного перемешанного слоя в мелководном озере подо льдом. Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2019;12(1):30-39. https://doi.org/10.7868/S2073667319010040

For citation:


Volkov S.Yu., Bogdanov S.R., Zdorovennova G.E., Zdorovennov R.E., Palshin N.I., Terzhevik A.Yu. Large-scale structure of convectively-mixed layer in a shallow ice-covered lake. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2019;12(1):30-39. (In Russ.) https://doi.org/10.7868/S2073667319010040

Просмотров: 100


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2073-6673 (Print)
ISSN 2782-5221 (Online)