| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Главная страница » Энциклопедия строителя содержание: [стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] страница - 0 Оценка горизонтальных коэффициентов турбулентного обмена в северо-западной части Тихого океана Пермяков М.С., Тархова Т.И. (tit@poi.dvo.ru), Сергиенко А.С. Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Введение. Процессы перемешивания в океане, связанные с наличием случайных пульсаций в полях скорости, температуры или солености, являются важным физическим механизмом в термогидродинамике океана. Они в значительной степени определяют перенос количества движения, тепла, примесей в океане, распределение биологических объектов и экологические характеристики вод, используются при интерпретации данных наблюдений. Эти процессы обязательно включаются в современные численные модели циркуляции океанов и морей в виде процедур параметризации процессов, не разрешаемых на используемых пространственных сетках. Обычно процессы перемешивания в океане на малых масштабах параметризуются через введение турбулентных потоков, пропорциональных градиентам крупномасштабных полей переносимой субстанции, и некого эффективного коэффициента турбулентного обмена (коэффициента турбулентной вязкости, температуропроводности, диффузии). Этот коэффициент может в свою очередь определяться характеристиками крупномасштабных полей. В этом отношении довольно развиты и широко применяются в практических расчетах процедуры параметризации вертикального обмена (теории подобия и иерархия моделей параметризации турбулентных пограничных слоев). Гораздо хуже развита теория (в основном включающая параметризацию переноса синоптическими вихрями) и эмпирическая база для параметризации горизонтального турбулентного (или вихревого) обмена. При практическом применении такой параметризации, прежде всего, встает вопрос о численном значении коэффициентов турбулентного обмена. И в современных численных моделях этот коэффициент часто фигурирует как подгоночный параметр, выбором которого можно добиться достаточно хорошего согласия полученных решений и данных наблюдений. Но его значение часто выбирается из соображений вычислительной устойчивости счета на длительные сроки, и может на порядки превосходить физически разумные его оценки для реального океана. В верхнем слое океана (ВСО) и морей, где проявляется воздействие атмосферных процессов и, прежде всего ветра, необходимо при оценках коэффициентов турбулентности учитывать перемешивание, связанное с возмущениями, вызванными (воздействием, прохождением интенсивных) синоптическими процессами в атмосфере - циклоны, антициклоны, фронты [5]. Существуют прямые и косвенные методы проведения оценок характеристик и коэффициентов горизонтального обмена. Прямые методы основаны на определении турбулентных потоков как осредненных по пространству или времени (корреляции) произведений отклонений составляющих скорости течений и переносимой физической величины. К прямым методам можно отнести методы оценки характеристик турбулентности по перемещению или рассеянию маркеров (индикаторов, буёв и тп.). В последние десятилетия все шире применяются так называемые дрифтеры [1,13,14,17] (свободно переносимые течениями буи, положение которых фиксируется через определенные промежутки времени). В косвенных методах осуществляется сопоставление наблюденных осредненных полей с решениями упрощенных осредненных уравнений движения, теплопроводности и диффузии [4]. Для прямых методов оценок характеристик горизонтальной турбулентности существует проблема, заключающаяся в необходимости больших объемов данных в длительных и дорогостоящих экспедиционных измерениях [5]. Ограниченность числа дрифтеров и времени их работы вызывает значительные трудности при обработке данных и их интерпретации [1,13]. При этом остаются неосвещенными многие районы океана и морей. Для оценок коэффициентов турбулентного переноса можно использовать имеющиеся обширные архивные данные гидрологических измерений [9-12]. По гидрологическим данным на разрезах или полигонах, учитывая, что крупномасштабный горизонтальный обмен, в основном, определяется вихрями синоптического масштаба и для них выполняется соотношение геострофичности, можно выделить возмущения динамических глубин от сглаженных фоновых полей и, следовательно, рассчитать возмущения геострофических скоростей и определить их пространственный масштаб. Произведение осредненных возмущений геострофических скоростей и их пространственных масштабов дает оценку коэффициента турбулентной вязкости. Подобный подход применялся для восточной части северной Атлантики [9-12]. Цель настоящей работы, используя данные гидрологических съемок выполненных в северо-западной части Тихого океана в летне-осенний период, оценить коэффициенты горизонтального обмена в верхнем слое океана и изучить их изменчивость при прохождении тропических циклонов (ТЦ). Данные и методы расчета. В настоящей работе оценки статистических характеристик горизонтального турбулентного обмена проводились по данным 16 гидрологических разрезов и 5 полигонов, выполненных в экспедициях «Тайфун-78», ДВНИИ «КИСЗ-80» и «КЭТИ-82» [7,8]. В таблице 1 представлены координаты гидрологических разрезов и полигонов, а также название тропических циклонов (и их номера), которые их пересекали.
Используемый в работе метод оценок коэффициентов горизонтального турбулентного обмена достаточно детально описан в [11]. Здесь приведены основные соотношения метода (этапы необходимой обработки данных гидрологических съемок и расчетов). Следуя известной гипотезе Прандтля, коэффициент турбулентности будем оценивать по средним масштабам возмущения геострофической скорости течений u и длины перемешивания V : K = au ■ V 2 f где u = —r—; f- параметр Кориолиса; а =1/4 [11]; V = D/ VD; D -среднее квадратичное отклонение динамических высот D(x,y), рассчитанных по исходным данным, D(x, y) - сглаженные полиномами 4 степени поля D( x,y), VD - модуль градиента D( x, y). Характеристики горизонтального турбулентного обмена, прежде всего, рассчитывались на изопикнических поверхностях, соответствующих верхнему квазиоднородному слою (ВКС), Таблица 1. Координаты гидрологических разрезов и полигонов и тропические циклоны, которые их пересекали. содержание: [стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
© ЗАО "ЛэндМэн" |