Предварительные результаты измерений атмосферной турбулентности над морем

Ю.П. Соловьев, В.А. Иванов

Морской гидрофизический институт НАН Украины, Украина

Аннотация

Цель работы состояла в экспериментальной проверке применимости теории подобия для волнового пограничного слоя и оценке волновых возмущений скорости в зависимости от различных условий стратификации атмосферы и характера волнения. Измерения проводились на стационарной платформе, расположенной в прибрежной части Черного моря. Методика основана на одновременных измерениях профиля и пульсаций скорости ветра на 5-6 уровнях в слое 1,3-21 м, возвышения поверхности моря, направлений волн и ветра, средних градиентов температуры и влажности воздуха.

Структура пограничного слоя в районе измерений зависит от направления ветра. При слабом и умеренном ветре (< 9 м/с) со стороны открытого моря сохраняется приблизительный баланс между продукцией и диссипацией энергии турбулентности при неустойчивой и нейтральной стратификации. В среднем оценки скорости трения по профилям на 10% больше диссипативных оценок в основном за счет дефицита диссипации вблизи поверхности. При направлении ветра с берега структура пограничного слоя резко изменяется и определяется не локальными параметрами, а сильными турбулентными вихрями, образовавшимися над сушей. Интенсивность низкочастотных турбулентных флуктуаций и градиент скорости ветра вблизи поверхности в прибрежной зоне в среднем в 1,5-2 раза больше по сравнению с открытым морем.

Для цитирования

Соловьев Ю.П., Иванов В.А. Предварительные результаты измерений атмосферной турбулентности над морем // Морской гидрофизический журнал. 2007. № 3. С. 42-61. EDN YOVLFR.

Solov’ev, Y.P. and Ivanov, V.A., 2007. Preliminary results of measurements of atmospheric turbulence over the sea. Physical Oceanography, 17(3), pp. 154–172. doi:10.1007/s11110-007-0013-9

Список литературы

  1. Монин А.С., Яглом А.М. Статистическая гидромеханика. Ч. 1. — М.: Наука, 1965. — 639 с.
  2. Китайгородский С.А. Физика взаимодействия атмосферы и океана. — Л.: Гидрометеоиздат, 1970. — 284 с.
  3. Филипс О.М. Динамика верхнего слоя океана. — Л.: Гидрометеоиздат, 1980. — 319 с.
  4. Ефимов В.В. Динамика волновых процессов в пограничных слоях атмосферы и океана. — Киев: Наук. думка, 1981. — 255 с.
  5. Donelan M.A., Dobson F.W., Smith S.D. et al. On the dependence of sea surface roughness on wave development // J. Phys. Oceanogr. — 1993. — 23. — P. 2143–2149.
  6. Kudryavtsev V.N., Makin V.K. The impact of area-flow separation on the drag of the sea surface // Bound.-Layer Meteorol. — 2001. — 98. — P. 155–171.
  7. Geernaert G.L., Hanson F., Courtney M. et al. Directional attributes of the ocean surface wind stress vector // J. Geophys. Res. — 1993. — 98, № C9. — P. 16571–16582.
  8. Rieder K.F., Smith J.A., Weller R.A. Observed directional characteristics of the wind, wind stress, and surface waves on the open ocean // Ibid. — 1994. — 99, № C11. — P. 22589–22596.
  9. Drennan W.M., Graber H.C., Donelan M.A. Evidence for the effects of swell and unsteady winds on marine wind stress // J. Phys. Oceanogr. — 1993. — 29. — P. 1853–1864.
  10. Grachev A.A., Fairall C.W., Hare J.A. et al. Wind stress vector over ocean waves // Ibid. — 2003. — 33. — P. 2408–2429.
  11. Ламли Д.Л., Пановский Г.А. Структура атмосферной турбулентности. — М.: Мир, 1966. — 264 с.
  12. Краус Е.Б. Взаимодействие атмосферы и океана. — Л.: Гидрометеоиздат, 1976. — 295 с.
  13. Edson J.B., Fairall C.W. Similarity relationships in the marine atmospheric surface layer for terms in the TKE and scalar variance budgets // J. Atmos. Sci. — 1998. — 55. — P. 2311–2328.
  14. Paulson C.A. The mathematical representation of wind speed and temperature profiles in the unstable atmospheric surface layer // J. Appl. Meteor. — 1970. — 9. — P. 857–861.
  15. Businger J.A., Wyngaard J.C., Izumi Y. et al. Flux-profile relationships in the atmospheric surface layer // J. Atmos. Sci. — 1971. — 28. — P. 181–189.
  16. Dyer A.J. A review of flux-profile relationships // Bound.-Layer Meteorol. — 1974. — 7. — P. 363–372.
  17. Smith S.D. Wind stress and heat flux over the ocean in gale force winds // J. Phys. Oceanogr. — 1980. — 10. — P. 709–726.
  18. Соловьев Ю.П., Коровушкин А.И., Толокнов Ю.Н. Характеристики чашечного анемометра и методика измерений скорости ветра // Морской гидрофизический журнал. — 2004. — № 3. — С. 53–66.
  19. Дженинкс Г., Ваттс Д. Спектральный анализ и его приложения. Вып. 1. — М.: Мир, 1971. — 316 с.
  20. Левин Б.П. Теоретические основы статистической радиотехники. Кн. 1. — М.: Сов. радио, 1974. — 549 с.
  21. Wyngaard J.C., Clifford S.F. Taylor’s hypothesis and high frequency turbulence spectra // J. Atmos. Sci. — 1977. — 34. — P. 922–929.
  22. Miyake M., Stewart R.W., Burling R.W. Spectra and cospectra of turbulence over water // Quart. J. R. Met. Soc. — 1970. — 96. — P. 138–143.
  23. Janssen P. On the effect of ocean waves on the kinetic energy balance and consequences for the inertial dissipation technique // J. Phys. Oceanogr. — 1999. — 29. — P. 530–534.

Скачать статью в PDF-формате

Мы используем Яндекс Метрику. Подробнее.