Влияние ледового сжатия на скорости волновых течений при нелинейном взаимодействии волновых гармоник

А. А. Букатов

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

e-mail: bukatov.ant@mhi-ras.ru

Аннотация

Цель. Цель работы – исследование влияния ледового сжатия на составляющие скорости движения жидкости под плавающим ледяным покровом при распространении волны, сформированной при нелинейном взаимодействии волновых гармоник.

Методы и результаты. На основе полученного решения задачи о нелинейном взаимодействии прогрессивных поверхностных волн в бассейне конечной глубины с плавающим продольно сжатым упругим льдом выполнен анализ распределений составляющих скорости движения частиц жидкости по длине сформированной волны в зависимости от характеристик льда. Исследовано влияние толщины, модуля упругости и сжимающего усилия ледового покрова, нелинейности вертикального ускорения льда и амплитуды второй взаимодействующей гармоники на вертикальную и горизонтальную составляющие скорости движения жидких частиц.

Выводы. Получено, что сжимающее усилие обусловливает уменьшение фазы и максимальных значений составляющих скорости движения жидкости. Изменение знака амплитуды второй взаимодействующей гармоники проявляется в существенной трансформации профиля и влияет на фазу сформированного возмущения при учете нелинейности вертикального ускорения льда. При фиксированном значении силы сжатия уменьшение жесткости ледяного покрова приводит к заметному отставанию фазы колебания.

Ключевые слова

нелинейное взаимодействие волн, изгибно-гравитационные волны, продольное сжимающее усилие, волны конечной амплитуды, движение частиц жидкости, ледовое сжатие, ледовый покров

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания по теме FNNN-2021-0004.

Для цитирования

Букатов А. А. Влияние ледового сжатия на скорости волновых течений при нелинейном взаимодействии волновых гармоник // Морской гидрофизический журнал. 2023. Т. 39, № 3. С. 314–327. EDN MXZVWW. doi:10.29039/0233-7584-2023-3-314-327

Bukatov, A.A., 2023. Influence of Ice Compression on the Wave Current Velocities at the Nonlinear Interaction of Wave Harmonics. Physical Oceanography, 30(3), pp. 288-301. doi:10.29039/1573-160X-2023-3-288-301

DOI

10.29039/0233-7584-2023-3-314-327

Список литературы

  1. Squire V. A. Of ocean waves and sea-ice revisited // Cold Regions Science and Technology. 2007. Vol. 49, iss. 2. P. 110–133. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2007.04.007
  2. Takagi K. Interaction between solitary wave and floating elastic plate // Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering. 1997. Vol. 123, iss. 2. P. 57–62. doi:10.1061/(ASCE)0733-950X(1997)123:2(57)
  3. Букатов А. Е. Волны в море с плавающим ледяным покровом. Севастополь : ФБГУН МГИ, 2017. 360 с.
  4. Shen H. H. Wave-Ice Interaction Models and Experimental Observations : conference paper // IUTAM Symposium on Physics and Mechanics of Sea Ice. Cham : Springer, 2022. P. 183– 200. https://doi.org/10.1007/978-3-030-80439-8_9
  5. Механика колебаний и волн во льдах Северного Ледовитого океана при явлениях сжатия и торошения / В. Н. Смирнов [и др.] // Проблемы Арктики и Антарктики. 2020. Т. 66, № 3. С. 321–336. https://doi.org/10.30758/0555-2648-2020-66-3-321-336.
  6. Velocity profiles and incipient motion of frazil particles under ice cover / J. Sui [et al.] // International Journal of Sediment Research. 2010. Vol. 25, iss. 1. P. 39–51. https://doi.org/10.1016/S1001-6279(10)60026-1
  7. Ogasawara T., Sakai S. Numerical analysis of the characteristics of waves propagating in arbitrary ice-covered sea // Annals of Glaciology. 2006. Vol. 44. P. 95–100. https://doi.org/10.3189/172756406781811402
  8. Коробкин А. А., Папин А. А., Хабахпашева Т. И. Математические модели снежно-ледового покрова. Барнаул : Изд-во АлтГУ, 2013. 116 с.
  9. Stokes G. On the theory of oscillatory waves // Mathematical and Physical Papers. Cambridge : Cambridge University Press, 2009. P. 197–229. (Cambridge Library Collection – Mathematics ; vol. 1). doi:10.1017/CBO9780511702242.013
  10. Curcic M., Chen S. S., Özgökmen T. M. Hurricane-induced ocean waves and stokes drift and their impacts on surface transport and dispersion in the Gulf of Mexico // Geophysical Research Letters. 2016. Vol. 43, iss. 6. P. 2773–2781. doi:10.1002/2015GL067619
  11. Нестеров С. В. Возбуждение волн конечной амплитуды бегущей системой давлений // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1968. Т. 4, № 10. С. 1123–1125.
  12. Ньюмен Д. Морская гидродинамика. Л. : Судостроение, 1985. 367 с.
  13. Longuet-Higgins M. Lagrangian moments and mass transport in Stokes waves // Journal of Fluid Mechanics. 1987. Vol. 179. P. 547–555. https://doi.org/10.1017/S0022112087001654
  14. Алешков Ю. З. Течения и волны в океане. СПб. : Изд-во С.-Петербургского университета, 1996. 224 с.
  15. Букатов Ант. А., Букатова О. М. Скорости движения жидкости в бегущей периодической волне конечной амплитуды // Системы контроля окружающей среды. Севастополь : МГИ НАН Украины, 2008. Вып. 11. С. 269–271.
  16. Букатов А. Е., Жарков В. В. Влияние битого льда на скорость волновых течений при прохождении прогрессивных волн над уступом дна // Морской гидрофизический журнал. 2001. № 5. С. 3–14.
  17. Bukatov A. E., Bukatov A. A. Propagation of surface waves of finite amplitude in a basin with floating broken ice // International Journal of Offshore and Polar Engineering. 1999. Vol. 9, № 3. P. 161–166.
  18. Букатов Ант. А., Букатов Анд. А. Скорости движения жидких частиц под плавающим ледяным покровом при распространении периодической волны конечной амплитуды // Морской гидрофизический журнал. 2011. № 1. С. 15–24.
  19. Букатов Ант. А., Букатова О. М. Влияние ледового сжатия на составляющие скорости движения жидкости под ледяным покровом в бегущей периодической изгибно-гравитационной волне конечной амплитуды // Морской гидрофизический журнал. 2011. № 4. С. 28–35.
  20. Букатов А. А. Нелинейные колебания плавающей продольно сжатой упругой пластинки при взаимодействии волновых гармоник конечной амплитуды // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2019. № 2. С. 48–58. doi:10.1134/S056852811902004X
  21. Найфэ А. Х. Методы возмущений. М. : Мир, 1976. 455 с.
  22. Букатов А. Е. Влияние продольного сжатия на неустановившиеся колебания упругой пластинки, плавающей на поверхности жидкости // Прикладная механика. 1981. Т. 17, № 1. С. 93–98.
  23. Букатов А. А. Скорость волновых течений под плавающим упругим льдом, формируемых при нелинейном взаимодействии волновых гармоник // Морской гидрофизический журнал. 2022. Т. 38, № 1. С. 5–17. doi:10.22449/0233-7584-2022-1-5-17

Скачать статью в PDF-формате