Турбулентность, индуцируемая штормовыми волнами на глубокой воде

С.Ю. Кузнецов1,✉, Я.В. Сапрыкина1, В.А. Дулов2, А.М. Чухарев2

1 Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва, Россия

2 Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: kuznetsov@ocean.ru

Аннотация

Представлены результаты лабораторных и натурных экспериментов, выполненных в ноябре – декабре 2014 г., по исследованию турбулентности, индуцируемой волновым движением. В штилевых условиях, когда отсутствуют обрушения волн, проведены синхронные измерения возвышений свободной поверхности воды и флуктуаций трех компонент скорости частиц воды в диапазонах волновых и турбулентных частот и в диапазоне глубин от поверхности до половины длины поверхностных волн. Разработан метод разделения измеренных флуктуаций скорости на волновую составляющую и две турбулентные (индуцированную волновыми движениями и фоновую гидродинамическую турбулентность). Прямыми инструментальными измерениями подтверждено расслоение волнового потока на приповерхностный турбулентный слой, индуцированный волновым движением, и нижележащий слой с фоновой гидродинами-ческой турбулентностью.

Ключевые слова

турбулентность, индуцируемая волнением, фоновая турбулентность, натурный эксперимент, штормовые волны

Для цитирования

Турбулентность, индуцируемая штормовыми волнами на глубокой воде / С. Ю. Кузнецов [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2015. № 5. С. 23-34. EDN VHEWTV. doi:10.22449/0233-7584-2015-5-23-34

Kuznetsov, S.Yu., Saprykina, Ya.V., Dulov, V.A. and Chukharev, A.M., 2015. Turbulence Induced by Storm Waves on Deep Water. Physical Oceanography, (5), pp. 22-31. doi:10.22449/1573-160X-2015-5-22-31

DOI

10.22449/0233-7584-2015-5-23-34

Список литературы

  1. Монин А.С., Озмидов Р.В. Турбулентность в океане // Океанология. Физика океана. Т. 1. Гидрофизика океана. – М.: Наука, 1978. – C. 148 – 207.
  2. Дмитриев А.А., Бончковская Т.В. К вопросу о турбулентности в волне // Докл. АН СССР. – 1953. – 91, № 1. – С. 31 – 33.
  3. Доброклонский С.В., Контобойцева Н.В. Эксперименты по определению толщины турбулентного слоя в волнах монохроматического типа // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. – 1973. – 9, № 2. – С. 210 – 212.
  4. Donelan M.A. The effect of swell on the growth of wind waves // Johns Hopkins APL Technical Digest. – 1987. – 8, № 1. – P. 18 – 23.
  5. Kitaigorodskii S.A., Lumley J.L. Wave turbulence interactions in the upper ocean. Part I: The energy balance of the interacting fields of surface wind waves and wind-induced three-dimensional turbulence // J. Phys. Oceanogr. –1983. – 13, № 11. – P. 1977 – 1987.
  6. Craig P.D., Banner M.L. Modelling of wave-enhanced turbulence in the ocean surface layer // Ibid. – 1994. – 24, № 12. – P. 2546 – 2559.
  7. Drennan W.M, Donelan M.A., Terray E.A. et al. Oceanic turbulence dissipation measurements in SWADE // Ibid. – 1996. – 26, №. 5. – P. 800 – 815.
  8. Kudryavtsev V., Shrira V., Dulov V. et al. On vertical structure of wind-driven sea surface currents // Ibid. – 2008. – 38, № 10. – P. 212 1– 2144.
  9. Babanin A.V. On a wave-induced turbulence and a wave-mixed upper ocean layer // Geophys. Res. Lett. – 2006. – 33, L20605. – 6 p. – doi:10.1029/2006GL027308.
  10. Dai D., Qiao F., Sulisz W. et al. An experiment on the nonbreaking surface-wave-induced vertical mixing // J. Phys. Oceanogr. – 2010. – 40, № 9. – P. 2180 – 2188.
  11. Чухарев А.М. Модель турбулентности со многими временными масштабами для приповерхностного слоя моря // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. – 2013. – 49, № 4. – С. 477 – 488.
  12. Ефимов В.В. Динамика волновых процессов в пограничных слоях атмосферы и океа-на. – Киев: Наукова думка, 1981. – 256 с.
  13. Qiao F., Yuan Y., Ezer T. et al. A three-dimensional surface wave-ocean circulation coupled model and its initial testing // Ocean Dyn. – 2010. – 60, Issue 5. – P. 1339 – 1355.
  14. Самодуров А.С., Дыкман В.З., Барабаш В.А. и др. Измерительный комплекс «Сигма-1» для исследования мелкомасштабных характеристик гидрофизических полей в верхнем слое моря // Морской гидрофизический журнал. – 2005. – № 5. – С. 60 – 71.
  15. Малиновский В.В., Дулов В.А., Кориненко А.Е. и др. Комплекс аппаратуры для подспутниковых измерений со стационарной океанографической платформы в Кацивели // Мониторинг прибрежной зоны на Черноморском экспериментальном подспутниковом полигоне / Под ред. В.А. Иванова, В.А. Дулова. – Севастополь: МГИ НАН Украины, 2014. – С. 128 – 149.
  16. Лаврентьев М.А., Шабат Б.В. Проблемы гидродинамики и их математические модели. – М.: Наука, 1973. – 416 с.
  17. Stewart R.W., Grant H.L. Determination of the rate of dissipation of turbulent energy near the sea surface in the presence of waves // J. Geophys. Res. – 1962. – 67, № 8. – Р. 3177 – 3180.
  18. Кузнецов С.Ю., Дачев В.Ж., Сперанский Н.С. Нелинейные волны и турбулентность в береговой зоне моря // Океанология БАН. – 1992. – 21. – С. 3 – 13.

Скачать статью в PDF-формате