Лабораторное моделирование прибрежного даунвеллингового течения и связанного с ним придонного экмановского слоя на наклонном дне во вращающейся однородной и стратифицированной жидкости

Д. Н. Елкин✉, А. Г. Зацепин

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

✉ e-mail: dmelkin@mail.ru

Аннотация

В бассейне, расположенном на вращающейся платформе, проведены лабораторные опыты по исследованию динамики даунвеллингового прибрежного течения над наклонным дном. Течение создавалось с помощью источника постоянного расхода воды той же плотности (баротропный случай) или меньшей плотности (бароклинный случай) по сравнению с водой в бассейне. Выявлены некоторые закономерности динамики прибрежного даунвеллингового течения и связанного с ним придонного экмановского слоя в баротропном и бароклинном случаях. Установлено, что не только в баротропном, но и в бароклинном случае (при определенных условиях) происходит формирование придонного экмановского слоя с нисходящим переносом воды прибрежного даунвеллингового течения. Показано, что в бароклинном случае при не слишком большом перепаде плотности между водой в источнике и водой в бассейне менее плотная вода из источника попадает в придонный экмановский слой, который при этом испытывает конвективную неустойчивость. Определены критерии перехода от баротропного режима течения к бароклинному, т. е. к конвективной неустойчивости придонного экмановского слоя. Установлено, что конвекция в придонном слое развивается при значениях числа Рэлея, намного превышающих критические значения, характерные для ламинарного пограничного слоя во вращающейся жидкости. Действительно, придонный экмановский слой в данных опытах не являлся чисто ламинарным: его толщина была значительно большей, чем для ламинарного течения. Следовательно, коэффициент эффективной вязкости в этом слое также был больше значения кинематической вязкости, по которому рассчитывалось критическое число Рэлея. При достаточно большой разнице плотности между водой в источнике и в бассейне менее плотная вода распространяется вблизи поверхности, не попадает в придонный экмановский слой и он не испытывает конвективной неустойчивости.

Ключевые слова

даунвеллинговые прибрежные течения, лабораторное моделирование, наклонное дно, стратификация вод, вращающаяся платформа, экмановский придонный слой, конвективная неустойчивость, перемешивание

Благодарности

Работа выполнена в рамках бюджетной темы госзадания № 0149-2018-0003, а также при поддержке гранта РНФ № 14-50-00095 – в части анализа результатов и гранта РФФИ № 17-05-00381 – при подготовке статьи к публикации.

Для цитирования

Елкин Д. Н., Зацепин А. Г. Лабораторное моделирование прибрежного даунвеллингового течения и связанного с ним придонного экмановского слоя на наклонном дне во вращающейся однородной и стратифицированной жидкости // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, № 3. С. 179–191. EDN YNHCSL. doi:10.22449/0233-7584-2018-3-179-191

Elkin, D.N. and Zatsepin, A.G., 2018. Laboratory Modeling of the Downwelling Coastal Current and the Related Bottom Ekman Layer above the Inclined Bottom in the Rotating Homogeneous and Stratified Fluid. Physical Oceanography, 25(3), pp. 165-176. doi:10.22449/1573-160X-2018-3-165-176

DOI

10.22449/0233-7584-2018-3-179-191

Список литературы

  1. Munk W. H. Abyssal recipes // Deep Sea Research and Oceanographic Abstracts. 1966. Vol. 13, iss. 4. P. 707–730. https://doi.org/10.1016/0011-7471(66)90602-4
  2. Влияние динамики течений на гидрофизическую структуру вод и вертикальный обмен в деятельном слое Черного моря / А. Г. Зацепин [и др.] // Океанология. 2007. Т. 47, № 3. С. 327–339.
  3. Журбас В. М., Ох И. С., Парк Т. Роль бета-эффекта в угасании вдольбереговой бароклинной струи, связанной с преходящим прибрежным ап- и даунвеллингом: численные эксперименты // Океанология. 2006. Т. 46, № 2. С. 189–196.
  4. Schaeffer A., Roughan M., Wood J. E. Observed bottom boundary layer transport and uplift on the continental shelf adjacent to a western boundary current // J. Geophys. Res. 2014. Vol. 119, iss. 8. doi:10.1002/2013JC009735
  5. Convectively driven mixing in the bottom boundary layer / J. N. Moum [et al.] // J. Phys. Oceanogr. 2004. Vol. 34, no. 10. P. 2189–2202. https://doi.org/10.1175/1520-0485(2004)0342189:CDMITB2.0.CO;2
  6. Ostrovskii A. G., Zatsepin A. G. Intense ventilation of the Black Sea pycnocline due to vertical turbulent exchange in the Rim Current area // Deep-Sea Res. I. 2016. Vol. 116. P. 1–13. https://doi.org/10.1016/j.dsr.2016.07.011
  7. Опускание вод в экмановском слое, образованном прибрежным даунвеллинговым течением над наклонным дном / Д. Н. Елкин [и др.] // Океанология. 2017. Т. 57, № 4. С. 531–537. doi:10.7868/S003 0157417040025
  8. Зацепин А. Г., Семенов А. В. Баротропные вихри-интрузии над плоским дном во вращающейся жидкости // Интрузионные и плотностные течения (памяти В. Н. Анучина). Калининград : КГТУ ГК РФ по рыболовству, 1997. С. 55–69.
  9. Boubnov B. M., Golitsyn G. S. Convection in Rotating Fluids. Dordrecht : Kluwer Academic Publishers, 1995. 224 p.
  10. Didkovskii V. L., Semenov A. V., Zatsepin A. G. Mesoscale currents upon the smooth sloping bottom and in the presence of ridges and canyons // Oceanic Fronts and Related Phenomena: Konstantin Fedorov International Memorial Symposium, Pushkin, Saint Petersburg, 18–22 May 1998: Proceedings. UNESCO, 2000. IOC Workshop report N 159. P. 89–94.
  11. Гинзбург А. И., Федоров К. Н. О критическом пограничном числе Рэлея при охлаждении воды через свободную поверхность // Изв. АН СССР. ФАО. 1978. Т. 14, № 4. С. 433–436.

Скачать статью в PDF-формате