Оценки коэффициентов горизонтального турбулентного обмена в Белом море по данным измерений скорости течений
Аннотация
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.
Ключевые слова
Белое море,
пульсации скорости,
период осреднения,
энергоснабжение,
коэффициент турбулентного обмена
Об авторах
Г. В. Жегулин
Санкт-Петербургский филиал Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН
Россия
Россия
А. В. Зимин
Санкт-Петербургский филиал Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН; Российский государственный гидрометеорологический университет
Россия
Россия
Список литературы
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.
Рецензия
Для цитирования:
Жегулин Г.В., Зимин А.В. Оценки коэффициентов горизонтального турбулентного обмена в Белом море по данным измерений скорости течений. Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2017;10(1):17-30.
For citation:
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.)
Просмотров:
103
Послать статью по эл. почте 