Взаимодополняемость различных подходов для оценки интенсивности вертикального турбулентного обмена в естественных стратифицированных бассейнах

А.С. Самодуров

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

e-mail: anatol_samodurov@mail.ru

Аннотация

Проводится сравнение предложенных нами ранее теоретических и полуэмпирических подходов к оценке зависимости вертикального турбулентного обмена от стратификации в естественных стратифицированных бассейнах. Сравниваются: полуэмпирическая модель, основанная на данных вертикальных зондирований, для выявления зависимости искомых параметров обмена от стратификации; теоретическая «спектральная» модель, указывающая на качественные различия параметров обмена в «сильно» и «слабо» стратифицированных слоях основного пикноклина естественных бассейнов; полуторамерная (1.5D) модель вертикального обмена для Черного моря, созданная в рамках обратной задачи. Совместный анализ моделей при расчетах зависимости скорости диссипации энергии ε и коэффициента диффузии K от частоты плавучести N показал, что они не противоречат одна другой и способны при необходимости взаимно дополнять друг друга.

Ключевые слова

сдвиговая неустойчивость внутренних волн, диссипация энергии, вертикальная турбулентная диффузия, модели вертикального обмена

Для цитирования

Самодуров А.С. Взаимодополняемость различных подходов для оценки интенсивности вертикального турбулентного обмена в естественных стратифицированных бассейнах // Морской гидрофизический журнал. 2016. № 6. С. 37-48. EDN XGXULL. doi:10.22449/0233-7584-2016-6-37-48

Samodurov, A.S., 2016. Complementarity of Different Approaches for Assessing Vertical Turbulent Exchange Intensity in Natural Stratified Basins. Physical Oceanography, (6), pp. 32-42. doi:10.22449/1573-160X-2016-6-32-42

DOI

10.22449/0233-7584-2016-6-37-48

Список литературы

  1. Wunsch C., Ferrari R. Vertical mixing, energy, and the general circulation of the ocean // Ann. Rev. Fluid Mech. – 2004. – 36. – P. 281 – 314.
  2. McComas C.H., Muller P. The dynamic balance of internal waves // J. Phys. Oceanogr. – 1981. – 11. – P. 970 – 986.
  3. Henyey F.S., Wright J., Flatte S.M. Energy and action flow through the internal wave field: An eikonal approach // J. Geoph. Res. – 1986. – 91. – P. 8487 – 8495.
  4. Winters K.B., D’Asaro E.A. Direct simulation of internal wave energy transfer // J. Phys. Oceanogr. – 1998. – 27. – P. 1937 – 1945.
  5. Munk W. Internal waves and small-scale processes // Evolution of Physical Oceanography. – The MIT Press, 1981. – P. 264 – 291.
  6. Gargett A.E., Holloway G. Dissipation and diffusion by internal wave breaking // J. Mar. Res. – 1984. – 42, № 1. – P. 15 – 27.
  7. Gargett A.E. Vertical eddy diffusivity in the ocean interior // Ibid. – P. 359 – 393.
  8. Самодуров А.С., Глобина Л.В. Диссипация энергии и вертикальный обмен в стратифи-цированных бассейнах за счет сдвиговой неустойчивости в поле квазиинерционных внутренних волн // Морской гидрофизический журнал. – 2011. – № 6. – С. 16 – 27.
  9. Самодуров А.С., Глобина Л.В. Зависимость скорости диссипации турбулентной энергии и вертикального обмена от стратификации по обобщенным экспериментальным данным (сравнение с существующими моделями) // Там же. – 2012. – № 6. – С. 17 – 34.
  10. Самодуров А.С., Любицкий А.А., Пантелеев Н.А. Вклад опрокидывающихся внутренних волн в структурообразование, диссипацию энергии и вертикальную диффузию в океане // Там же. – 1994. – № 3. – С. 14 – 27.
  11. Samodurov A.S., Ivanov L.I. Mixing and energy dissipation rate in Mediterranean seas: an intercomparison of existing models // Oceanography of the eastern Mediterranean and Black Sea, Similarities and differences in two interconnected basins. – Ankara: Tübitak Publishers, 2003. – P. 369 – 375.
  12. Gregg M.C. Variations in the intensity of small-scale mixing in the main thermocline // J. Phys. Oceanogr. – 1977. – 7, № 3. – P. 436 – 454.
  13. Thorpe S.A. Experiments of instability and turbulence in a stratified shear flow // J. Fluid Mech. – 1973. – 6. – P. 731 – 751.
  14. McEwen A.D. The kinematics of stratified mixing through internal wave breaking // Ibid. – 1983. – 128. – P. 47 – 57.
  15. McEwen A.D. Internal mixing in stratified fluids // Ibid. – P. 59 – 80.
  16. Osborn T.R. Estimations of local rate of vertical diffusion from dissipation measurements // J. Phys. Oceanogr. – 1980. – 10, № 1. – P. 83 – 89.
  17. Самодуров А.С., Чухарев А.М., Кульша О.Е. Режимы вертикального турбулентного обмена в верхнем стратифицированном слое Черного моря в районе Гераклейского полуострова // Процессы в геосредах. – 2015. – № 3. – С. 63 – 69.
  18. Fernando H.J.S. Oceanographic implications of laboratory experiments on diffusive interfaces // J. Phys. Oceanogr. – 1989. – 19. – P. 1707 – 1715.
  19. Gregg M.C. Scaling turbulent dissipation in the thermocline // J. Geophys. Res. – 1989. – 94, № C7. – P. 9686 – 9698.
  20. Ivanov L.I., Samodurov A.S. The role of lateral fluxes in ventilation of the Black Sea // J. Mar. Syst. – 2001. – 31/1 – 3. – P. 159 – 174.
  21. Самодуров А.С., Иванов Л.И. Балансовая модель для расчета средних вертикальных потоков жидкости, тепла, соли и растворенных химических веществ в термохалоклине Черного моря // Морской гидрофизический журнал. – 2002. – № 1. – С. 7 – 24.
  22. Самодуров А.С., Иванов В.А., Белокопытов В.Н., Кульша О.Е. Модель среднегодового вертикального обмена в холодном промежуточном слое Черного моря // Процессы в геосредах. – 2016. – № 2(6). – С. 141 – 147.
  23. Монин А.С., Нейман В.Г., Филюшкин Б.Н. О стратификации плотности в океане // ДАН СССР. – 1970. – 191, № 6. – C. 1277 – 1279.

Скачать статью в PDF-формате