Evaluation factors of horizontal turbulent exchange in the White Sea according to flow measurement
Abstract
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.
Keywords
Supporting agencies: Данная работа частично была выполнена при финансовой поддержке проекта РФФИ № 15-05-04639_а.
About the Authors
G. V. Zhegulin
Saint-Petersburg Branch of the P. P. Shirshov Institute of Oceanology of RAS
Russian Federation
Russian Federation
A. V. Zimin
Saint-Petersburg Branch of the P. P. Shirshov Institute of Oceanology of RAS; Russian State Hydrometeorological University
Russian Federation
Russian Federation
References
1. Монин А. С., Озмидов Р. В. Океанская турбулентность. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 320 с.
2. Озмидов Р. В. Горизонтальная турбулентность и турбулентный обмен в океане. М.: Наука, 1968. 200 с.
3. Исследование океанической турбулентности / Под ред. Р. В. Озмидова. М.: Наука, 1973. 176 с.
4. 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.
5. Доронин Ю. П. Физика океана. СПб., 2000. 296 с.
6. Море / Пер. с англ. Л.: Гидрометеоиздат, 1965. 465 с.
7. 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.
8. 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.
9. 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.
10. 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.
11. 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.
12. 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.
13. 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.
14. 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.
15. 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.
16. Питербарг Л. И. Динамика и прогноз крупномасштабных аномалий температуры поверхности океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 201 с.
17. Armi L., Stommel H. Four views of a portion of the North Atlantic subtropical gyre // J. Phys. Ocanogr. 1983. V. 13. P.828—857.
18. Booth D. A. Horizontal dispersion in the northeast Atlantic // J. Deep-Sea Res. 1988. V. 35, № 12. P. 1937—1951.
19. 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.
20. 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.
21. Howarth M. J., Souza A. J. Reynolds stress observations in continental shelf seas // Deep_Sea Res II. 2005. V. 52, № 6. P. 1075—1086.
22. 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.
23. Ralston D. K., Stacey M. T. Shear and turbulence production across subtidal channels // J. Mar. Res. 2006. V. 64, № 1. P. 147—171.
24. 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.
25. 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.
26. 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.
27. 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.
28. 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.
29. Ertel H. Tensorielle Theorie der Turbulenz // Ann. D. Hydr. U. Marit. Met. N. 5. H. Y., 1937. P. 193—205.
30. 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.
31. Верболов В. И. О коэффициентах горизонтального макротурбулентного обмена в прибрежной зоне Южного Байкала // Течения и диффузия вод Байкала. Л.: Наука, 1970. С. 122—131.
32. Алексеев Л. П. Изучение и методы расчета крупномасштабной турбулентности глубоководного водоема. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 128 с.
33. Тимофеев В. Т., Панов В. В. Косвенные методы выделения и анализа водных масс. Л.: Гидрометеоиздат, 1962. 352 с.
34. Штокман В. Б. Избранные труды по физике моря. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. 336 с.
35. 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.
36. Монин А. С., Яглом А. М. Статистическая гидромеханика. Ч. 2. М.: Наука, 1967. 720 с.
37. Астафьева Н. М. Вейвлет-анализ: Основы теории и примеры применения // Успехи физических наук. 1996. Т. 166, № 11. С. 1145—1170.
38. Короновский А. А. Непрерывный вейвлетный анализ и его приложения / А. А. Короновский, А. Е. Храмов. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. 176 с.
39. 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.
40. Витязев В. В. Вейвлет-анализ временных рядов. Учеб. пособие. СПб: Изд-во СПбГУ, 2001. 58 с.
41. 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.
42. Вентцель Е. С., Овчаров Л. А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. М.: «Высшая школа», 2000. 480 с.
43. Коняев К. В., Сабинин К. Д. Волны внутри океана. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. 272 с.
44. Коротенко К. А., Сенчев А. В. Исследование турбулентности в приливной прибрежной зоне // Океанология. 2011. Т. 51, № 3. С. 418—431.
Review
For citations:
Zhegulin G.V., Zimin A.V. Evaluation factors of horizontal turbulent exchange in the White Sea according to flow measurement. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2017;10(1):17-30. (In Russ.)
Views:
101
Email this article 