Вертикальный перенос импульса внутренними волнами в западной части Средиземного моря

А. А. Слепышев✉, А. В. Носова

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: slep55@mail.ru

Аннотация

Цель. Исследование вертикального переноса импульса внутренними волнами при учете вращения Земли и сдвигового течения в западной части Средиземного моря, изучение влияния турбулентной вязкости и диффузии на указанные волновые потоки и стоксов дрейф – цель данной работы.

Методы и результаты. Для решения исходной системы нелинейных уравнений гидродинамики используется слабонелинейный подход. В первом порядке малости по амплитуде волны решается краевая задача для амплитуды вертикальной скорости, во втором порядке по амплитуде волны исследуются нелинейные эффекты: стоксов дрейф и вертикальные волновые потоки импульса. Указанная краевая задача решается двумя способами: методом возмущений, применявшимся ранее, и численным методом по неявной схеме Адамса третьего порядка точности. Метод возмущений предполагает разложение решения и частоты волны в ряд по малому параметру, пропорциональному горизонтальной турбулентной вязкости. В работе сравниваются результаты, полученные методом возмущений и численным методом. Показано совпадение результатов по расчету дисперсионных кривых обоими методами. Однако для декремента затухания волны метод возмущений дает завышенные значения, для второй моды бóльшие, чем для первой. Вертикальные волновые потоки импульса отличны от нуля, и метод возмущений дает завышенные значения для потока uw. Вертикальный волновой поток импульса vw практически не зависит от турбулентной вязкости и диффузии, и оба метода дают для него идентичные результаты. Компонента скорости стоксова дрейфа вдоль направления распространения волны также нечувствительна к турбулентной вязкости и диффузии, в то время как поперечная составляющая равна нулю при отсутствии турбулентной вязкости и диффузии.

Выводы. Метод возмущений дает завышенные значения декрементов затухания волны, волнового потока импульса uw и поперечной составляющей скорости стоксова дрейфа. На волновой поток импульса vw и продольную составляющую скорости стоксова дрейфа горизонтальная турбулентная вязкость и диффузия влияния практически не оказывают.

Ключевые слова

внутренние волны, волновой поток импульса, стоксов дрейф

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания по теме № 0555-2021-0004.

Для цитирования

Слепышев А. А., Носова А. В. Вертикальный перенос импульса внутренними волнами в западной части Средиземного моря // Морской гидрофизический журнал. 2022. Т. 38, № 4. С. 358–371. EDN XJNRJF. doi:10.22449/0233-7584-2022-4-358-371

Slepyshev, A.A. and Nosova, A.V., 2022. Vertical Transfer of Momentum by Internal Waves in the Western Part of the Mediterranean Sea. Physical Oceanography, 29(4), pp. 334-346. doi:10.22449/1573-160X-2022-4-334-346

DOI

10.22449/0233-7584-2022-4-358-371

Список литературы

  1. Булатов В. В., Владимиров Ю. В. Волны в стратифицированных средах. Москва : Наука, 2015. 735 с.
  2. Коротаев Г. К., Пантелеев Н. А. Экспериментальные исследования гидродинамической неустойчивости в океане // Океанология. 1977. Т. XVII, вып. 6. С. 941–953.
  3. Wunsch C., Ferrari R. Vertical Mixing, Energy, and the General Circulation of the Ocean // Annual Review of Fluid Mechanics. 2004. Vol. 36. P. 281–314. doi: 10.1146/annurev.fluid.36.050802.122121
  4. Самодуров А. С., Любицкий А. А., Пантелеев Н. А. Вклад опрокидывающихся внутренних волн в структурообразование, диссипацию энергии и вертикальную диффузию в океане // Морской гидрофизический журнал. 1994. № 3. С. 14–27.
  5. Коротаев Г. К., Пантелеев Н. А. Гидродинамическая неустойчивость внутренних волн в океане при нестационарном сдвиге // Известия Академии наук СССР. Физика атмосферы и океана. 1977. Т. 13, № 10. С. 1044–1054.
  6. Подымов О. И., Зацепин А. Г., Островский А. Г. Вертикальный турбулентный обмен в черноморском пикноклине и его связь с динамикой вод // Океанология. 2017. Т. 57, № 4. С. 546–559. https://doi.org/10.7868/S0030157417040049
  7. Пантелеев Н. А., Щербаков А. Н., Щербакова Е. Н. Наблюдение гидродинамической неустойчивости в океане // Известия Академии наук СССР. Физика атмосферы и океана. 1989. Т. 25, № 6. С. 616–626.
  8. Ле Блон П., Майсек Л. Волны в океане. Москва : Мир, 1981. Ч. 2. 363 с.
  9. LeBlond P. H. On the damping of internal gravity waves in a continuously stratified ocean // Journal of Fluid Mechanics. 1966. Vol. 25, iss. 1. Р. 121–142. doi:10.1017/S0022112066000089
  10. Островский Л. А., Соустова И. А. Верхний перемешанный слой океана как сток энергии внутренних волн // Океанология. 1979. Т. XIX, вып. 6. С. 973–981.
  11. Слепышев А. А. Вертикальный перенос импульса внутренними волнами при учете турбулентной вязкости и диффузии // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2016. Т. 52, № 3. С. 342–350. doi:10.7868/S0002351516030111
  12. Слепышев А. А., Носова А. В. Генерация вертикальной тонкой структуры внутренними волнами при учете турбулентной вязкости и диффузии // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 1. С. 5–19. doi:10.22449/0233-7584-2020-1-5-19
  13. Анкудинов Н. О., Слепышев А. А. Вертикальный перенос импульса внутренними волнами в двумерном потоке // Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2021. № 3. С. 39–47. doi:10.31857/S0568528121030026
  14. Воротников Д. И., Слепышев А. А. Вертикальные потоки импульса, обусловленные слабонелинейными внутренними волнами на шельфе // Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2018. № 1. С. 23–35. doi:10.7868/S0568528118010036
  15. Longuet-Higgins M. S. On the transport of mass by time-varying ocean currents // Deep Sea Research and Oceanographic Abstracts. 1969. Vol. 16, iss. 5. P. 431–447. https://doi.org/10.1016/0011-7471(69)90031-X
  16. Watson G. Internal Waves in a Stratified Shear Flow: The Strait of Gibraltar // Journal of Physical Oceanography. 1994. Vol. 24, iss. 2. P. 509–517. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1994)0240509:IWIASS2.0.CO;2
  17. Боуден К. Физическая океанография прибрежных вод. Москва : Мир, 1988. 324 с.
  18. Интенсификация вертикального турбулентного обмена в районах сопряжения шельфа и континентального склона в Черном море / В. А. Иванов [и др.] // Доповiдi Національної академії наук України. 2008. № 6. С. 108–112.
  19. Самодуров А. С. Взаимодополняемость различных подходов для оценки интенсивности вертикального турбулентного обмена в естественных стратифицированных бассейнах // Морской гидрофизический журнал. 2016. № 6. С. 37–48. doi:10.22449/0233-7584-2016-6-37-48

Скачать статью в PDF-формате