Как обустроить мансарду?



Как создать искусственный водоем?



Как наладить теплоизоляцию?



Как сделать стяжку пола?



Как выбрать теплый пол?



Зачем нужны фасадные системы?



Что может получиться из балкона?


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.


разрезы

Порядковый номер и имя тайфуна

широта, 0с.ш

0

долгота, в.д

1

22

144-150

7807 Вирджиния

2

11-18

135

8008 Джой

3

10-15

133

8009 Ким

4

20- 32

143

8010 Лекс

5

20- 32

145

8010 Лекс

6

15-25

128

8012Норрис

7

15-25

130

8012Норрис

8

15-25

133

8012Норрис

9

20- 24

135

8013 Орчид

10

28- 34

143

8016 Сперри

11

20- 24

137

8013 Орчид& 8016 Сперри

12

28- 35

145

8017 Тельма

13

19- 23

133

8019 Винни

14

29-34

139

8115 Фэд

15

34.5- 39.5

144

8205 Руби

16

29- 34

135

8221 Мэк

полигоны

1

20-26

142-151

7807 Вирджиния

2

10-15

133-137

8009 Ким

3

15-28

119-137

8012Норрис

4

20-24

130-139

8013 Орчид & 8016 Сперри

5

20-24

132-134

8019 Винни

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"