Purpose. The work is purposed at studying the wave mechanism of fine structure generation as well as at determining the vertical wave fluxes of mass.
Methods and Results. In contrast to the previously used mechanism of forming a fine structure by internal waves due to breaking, a new approach based on determining the vertical wave fluxes of mass in the field of an inertia-gravity internal wave without breaking is proposed. The inertia-gravity internal waves on the Black Sea northwestern shelf are considered on a current with a vertical velocity shift. The flow is assumed to be geostrophically balanced, with the vertical velocity shifts compensated by a horizontal density gradient. The f-plane approximation is used. Thus, the classical scheme for describing a wave field by the hydrodynamic equations is applicable with the regard for the nonlinear effects. A weakly nonlinear approach is used. In the linear approximation, the eigenfunction and the dispersion relation are found by solving numerically the boundary value problem which determines the vertical structure of a mode in the presence of an average flow. In this case, the wave frequency is of a complex character since the coefficients in the differential equation of the specified boundary value problem are complex. Depending on the wave period and the mode number, either weak attenuation of a wave or its weak amplification is possible. The eigenfunction of internal waves is also complex. Therefore, the vertical wave fluxes of mass and the vertical component of the Stokes drift velocity are nonzero and lead to the generation of vertical fine structure which is irreversible.
Conclusions. In the presence of a two-dimensional shear flow, taking into account the horizontal inhomogeneity of the average density field enhances the effect of generation of a vertical fine structure by the inertia-gravity internal waves. The vertical wave fluxes of mass also increase. The indicated fluxes and the generated fine structure for the waves of different frequencies are close, and the effect is enhanced in the presence of the waves of different frequencies.
Цель. Исследование волнового механизма генерации тонкой структуры. Определение вертикальных волновых потоков массы – цель настоящей работы.
Методы и результаты. В отличие от применявшегося ранее механизма образования тонкой структуры внутренними волнами за счет обрушений предложен новый подход, основанный на определении вертикальных волновых потоков массы в поле инерционно-гравитационной внутренней волны без обрушений. Рассматриваются инерционно-гравитационные внутренние волны на северо-западном шельфе Черного моря на течении с вертикальным сдвигом скорости. Течение предполагается геострофически сбалансированным, вертикальные сдвиги скорости скомпенсированы горизонтальным градиентом плотности. Используется приближение f-плоскости. Таким образом, применима классическая схема описания волнового поля уравнениями гидродинамики при учете нелинейных эффектов. Применяется слабонелинейный подход. В линейном приближении собственная функция и дисперсионное соотношение находятся путем численного решения краевой задачи, определяющей вертикальную структуру моды при наличии среднего течения. При этом частота волны комплексная, так как коэффициенты в дифференциальном уравнении указанной краевой задачи комплексные. В зависимости от периода волны и номера моды возможно как слабое затухание, так и слабое усиление волны. Собственная функция внутренних волн тоже комплексная. Поэтому вертикальные волновые потоки массы и вертикальная составляющая скорости стоксова дрейфа отличны от нуля и приводят к генерации вертикальной тонкой структуры, имеющей необратимый характер.
Выводы. Учет горизонтальной неоднородности поля средней плотности усиливает эффект генерации вертикальной тонкой структуры инерционно-гравитационными внутренними волнами при наличии двумерного сдвигового течения. Вертикальные волновые потоки массы также увеличиваются. Указанные потоки и генерируемая тонкая структура для волн разных частот близки, и эффект усиливается при наличии волн разных частот.