Nonhydrostatic Dynamics of Straits of the World Ocean
Abstract
Opportunities and restrictions of modeling of nonhydrostatic dynamics of straits of the World Ocean according to the offered classification are discussed. Straits can be subclassified on a standard basis of expediency account of the dynamic pressure in the whole area of the strait or a subdomain, guided both by common ideas, based on morphometric, hydrological and dynamic characteristics of the strait and simple criteria identifying nonhydrostatic. The boundary-value problem for the equations of momentum, continuity, turbulent closure and evolution of water constituents is formulated in an arbitrary 3D domain with two open boundaries. For solution, we use a transfer to the horizontal boundary-fitted coordinates and vertical σ-coordinate mapping the physical domain onto a computational parallelepiped with two opposite open sides. Numerical realization uses geophysical modification of a two-step projective method of the solution of the Navier— Stokes equations. Results contain an assessment of influence of nonhydrostatic on the dynamic and hydrological regimes of three allocated standard straits: Messina, Gibraltar and Bab-el-Mandeb.
About the Authors
N. E. Voltzinger
Saint-Petersburg Department of the P. P. Shirshov Institute of Oceanology of RAS
Russian Federation
Russian Federation
St.-Petersburg
A. A. Androsov
Saint-Petersburg Department of the P. P. Shirshov Institute of Oceanology of RAS; Alfred Weneger Institute for Polar and Marine Studies
Russian Federation
Russian Federation
St.-Petersburg
Bremerhaven
References
1. Stoker J. J. Water waves. New York: Interscience Publishers, 1957.
2. Marshall J., Hill C., Perelman L., Adcroft A. Hydrostatic, quasi-hydrostatic, and nonhydrostatic ocean modeling // J. Geophys. Res. 1997. V. 102, C3. P. 5733—5752.
3. Jones H., Marshall J. Convection with rotation in a neutral ocean; a study of open-ocean deep convection // J. Phys. Oceanogr. 1993. V. 23. P. 1009—1039.
4. Androsov A., Rubino A., Romeiser R., Sein D. V. Open-ocean convection in the Greenland Sea: preconditioning through a mesoscale chimney and detectability in SAR imagery studied with a hierarchy of nested numerical models // Meteorologische Zeitschrift. 2005. V. 14, N 14. P. 693—702.
5. Mahadevan A., Oliger J., Street R. A nonhydrostatic mesoscale ocean model part 1,2 // J. Phys. Oceanogr. 1996. V. 26. P. 1868—1900.
6. Shapiro G. I., Hill A. E. Dynamics of dense water cascades at the shelf edge // J. Phys. Oceanogr. 1997. V. 27(1). P. 2381—2394.
7. Zhu D. Z., Lawrence G. A. Non-hydrostatic effects in layered shallow water flows // J. Fluid Mech. 1998. V. 355(25). P. 1—16.
8. Wadzuk B. M., Hodges B. R. Isolation of hydrostatic regions within a basin // 17th ASCE Engineering Mechanics Conference, June 13—16, 2004, University of Delaware, Newark, Electronic Proceedings (CD-ROM), 6 p.
9. Davis A. M., Xing J., Berntsen J. Non-hydrostatic and non-linear contributions to the internal wave energy flux in sill regions // Ocean Dynamics. 2009. V. 59(6). P. 881—897.
10. Zhang Z., Fringer O. B., Ramp S. R. Three-dimensional, nonhydrostatic numerical simulation of nonlinear internal wave generation and propagation in the South China Sea // J. Geoph. Res. 2011. V. 116. C05022. P. 1—26.
11. Вольцингер Н. Е., Андросов А. А. Негидростатическое баротропно-бароклинное взаимодействие в проливе с горным рельефом // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2013. Т. 6, № 3. С. 63—77.
12. Ma G., Shi F., Kirby J. T. Shock-capturing non-hydrostatic model for fully dispersive surface wave processes // Ocean Modelling. 2012. V. 43—44. P. 22—35.
13. Dutykh D., Kalisch H. Boussinesq modeling of surface waves due to underwater landslides // Nonlin. Processes Geophys. 2013. V. 20. P. 267—285.
14. Chubarov L. B., Eletsky S. V., Fedotova Z. I., Khakimzyanov G. S. Simulation of surface waves generation by an underwater landslide // Russian Journal of Numerical Analysis and Mathematical Modelling. 2005. V. 20(5). P. 425—437.
15. Диденкулова И. И., Пелиновский Е. Н. Накат длинных волн на берег: влияние формы подходящей волны // Океанология. 2008. Т. 48, № 1. С. 5—10.
16. Didenkulova I., Nikolkina I., Pelinovsky E., Zahibo N. Tsunami waves generated by submarine landslides of variable volume: analytical solutions for a basin of variable depth // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2010. V. 10, Iss. 11. P. 2407—2419.
17. Андросов А. А., Вагер Б. Г., Вольцингер Н. Е. Трехмерная модель оползневой динамики // Вестник Гражданских Инженеров. 2010. № 5(46), С. 122—128.
18. Бейзель С. А., Хакимзянов Г. С., Чубаров Л. Б. Моделирование поверхностных волн, порождаемых подводным оползнем, движущимся по пространственно неоднородному склону // Вычислительные технологии. 2010. Т. 15, № 3. С. 39—51.
19. Javam A., Imberger J., Armfield S. Numerical study of internal wave reflection from sloping boundaries // J. Fluid Mech. 1999. V. 396. V. 183—201.
20. Stansby and Zhon. Shallow-water flow solver with non-hydrostatic pressure: 2D vertical plane problems // International Journal for Numerical Methods in FluidsV. 28(3). P. 541—563.
21. Сафрай А. С., Ткаченко И. В., Гордеева С. М., Белевич М. Ю. Моделирование сезонной изменчивости внутренних приливных волн в Баренцевом море // Навигация и гидрография. 2006. № 22. C. 118—125.
22. Brandt P., Rubino A., Alpers W., Backhaus J. O. Internal waves in the Strait of Messina studied by a numerical model and synthetic aperture radar images from the ERS 1/2 satellites // Journal of Physical Oceanography. 1997. V. 27. P. 648—663.
23. Андросов А. А., Вольцингер Н. Е. Проливы Мирового Океана — общий подход к моделированию. СПб.: Наука, 2005. 188 с.
24. Bignami F., Salusti E. Tidal currents and transient phenomena in the Strait of Messina: A review // The Physical Oceanography of Sea Straits / Ed.: Pratt L. J. Kluwer Ac. Pub., Netherl., 1990. P.95—124.
25. Androssov A. A., Kagan B. A., Romanenkov D. A., Voltzinger N. E. Numerical modelling of barotropic tidal dynamics in the strait of Messina // Advances in Water Resources. 2002. V. 25. P. 401—415.
26. Андросов А. А., Вольцингер Н. Е., Романенков Д. А. Моделирование трехмерной бароклинной приливной динамики Мессинского пролива // Изв. РАН, ФАО. 2002. Т. 38, № 1. С. 119—134.
27. Овчинников И. М. Течения в проливах и морях Средиземноморского бассейна // Гидрология Средиземного моря / Ред. В. А. Бурков. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 375 с.
28. Tejedor L., Izquierdo A., Kagan B., Sein D. Simulation of the semidiurnal tides in the Strait of Gibraltar // Journal of Geophysical Research. 1999. V. 104. P. 13541—13557.
29. Андросов А. А., Вольцингер Н. Е., Либерман Ю. М., Романенков Д. А. Моделирование динамики вод в Гибралтарском проливе // Изв. РАН, ФАО. 2000. Т. 36, № 4. С. 526—541.
30. Зубов Н. Н. Основы учения о проливах Мирового океана // Гос. изд. геогр. лит. Москва, 1956, 239 с.
31. Pratt L. J., Helfrich K. R. Current research problems // The Phys. Oceanogr. Sea Straits / Ed. Pratt L.J. Kluwer Ac. Publ., 1990. P. 577—580.
32. Андросов А. А., Вольцингер Н. Е. Моделирование внутреннего прилива в Баб-эль-Мандебском проливе Красного моря // Изв. РАН, ФАО. 2008. Т. 44, № 1. С. 127—144.
33. Вольцингер Н. Е., Андросов А. А. Расчет энергии баротропно-бароклинного взаимодействия в Баб-эль-Мандебском проливе // Изв. РАН, ФАО. 2010. Т. 46, № 2. С. 235—245.
34. Oliger J., Sundström A. Theoretical and practical aspects of some initial boundary value problems in fluid dynamics // SIAM J. Appl. Math. 1978. V. 35, № 3. P. 419—445.
Review
For citations:
Voltzinger N.E., Androsov A.A. Nonhydrostatic Dynamics of Straits of the World Ocean. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2016;9(1):26-40. (In Russ.)
Views:
94
Email this article 