ПАДЕНИЕ ПЯТЕН СОЛЕНОЙ ВОДЫ НА НАКЛОННОЕ ДНО В ОКРУЖЕНИИ ПРЕСНОЙ: ДИНАМИКА И СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛОТНОСТНОГО ФРОНТА ВВЕРХ ПО СКЛОНУ

  • А. Е. Куприянова Балтийский федеральный университет им. И. Канта; Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН
  • В. А. Гриценко Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН
DOI: 10.29006/1564-2291.JOR-2022.50(2).5
Ключевые слова: отрицательная плавучесть, сезонная конвекция, прибрежные воды, выхолаживание с поверхности, лабораторный эксперимент, вдольсклоновое течение, численная модель, присклоновая динамика вод

Аннотация

Было выполнено исследование динамики двух малых объемов воды с отрицательной плавучестью (пятен соленой воды), имитирующих погружение более плотной воды в подстилающие воды в процессе выхолаживания поверхностных вод при сезонной конвекции в прибрежной зоне моря. Основными инструментами исследования стали лабораторный и численный эксперименты. Выделены основные этапы движения пятен – погружение, контакт и распространение по наклонному дну. Детализирован процесс взаимодействия части вод пятен при их движении вверх по склону дна. Снимки отдельных фаз движения пятен показали длительно сохраняемую неоднородность распределений трассеров, что позволило констатировать ламинарный характер возникающих течений. Анализ полученных в расчетах распределений трассеров позволил выделить характерные этапы взаимопроникновения части вод пятен, достигших дна, при их движении вверх по его склону: первоначальный контакт, «подныривание», «обволакивание» и «обрушение». Впервые было описано движение более плотных вод, возникающих в результате погружения отдельных конечных объемов отрицательной плавучести. Полученные результаты обратили внимание на интенсификацию перемешивания более плотных, чем подстилающие, вод в процессе выхолаживания приурезовых вод.

Литература


  1. Баренблатт Г. И. Динамика турбулентных пятен и интрузии в устойчиво стратифицированной жидкости // Известия АН СССР. Сер. Физика атмосферы и океана. 1978. Т. 14. № 2. С. 195–206.

  2. Боуден К. Физическая океанография прибрежных вод. М.: Мир, 1988. 324 с.

  3. Бунэ А. В., Гинзбург А. И., Полежаев В. И., Федоров К. Н. Численное и лабораторное моделирование развития конвекции в охлаждающемся с поверхности слое воды // Известия АН СССР. Сер. Физика атмосферы и океана. 1985. Т. 21. № 9. С. 956–963.

  4. Волкова А. А., Гриценко В. А. Особенности циркуляции, возникающей при погружении с поверхности конечного объема воды с отрицательной плавучестью // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2019. Т. 12. № 3. С. 26–35.

  5. Геология и геоморфология Балтийского моря. Сводная объяснительная записка к гео­ло­гическим картам масштаба 1:500000 / под ред. Григялиса А. А. Л.: Недра ЛО, 1991. 420 с.

  6. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР / под ред. Терзиева Ф. С., Рожкова В. А., Смирновой А. И. Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат, 1992. Т. III. Вып. 1. 450 с.

  7. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР / под ред. Терзиева Ф. С., Рожкова В. А., Римша Е. Я., Шпаер И. С. Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат, 1994. Т. III. Вып. 2. 435 с.

  8. Гинзбург А. И., Федоров К. Н. Охлаждение воды с поверхности при свободной и вынужденной конвекции // Известия АН СССР. Сер. Физика атмосферы и океана. 1978. Т. 14. № 1. С. 79–87.

  9. Гриценко В. А., Чубаренко И. П. Об особенностях структуры фронтальной зоны придонных гравитационных течений // Океанология. 2010. Т. 50. № 1. С. 26–32.

  10. Гуделис В. К., Литвин В. М. Геоморфология дна // Геология Балтийского моря. Вильнюс: Мокслас, 1976. С. 25–34.

  11. Зацепин А. Г., Гриценко В. А., Кременецкий В. В., Поярков С. Г., Строганов О. Ю. Лабораторное и численное исследование процесса распространения плотностных течений по склону дна // Океанология. 2005. Т. 45. № 1. С. 5–15.

  12. Зацепин А. Г., Федоров К. Н., Воропаев С. Н., Павлов А. М. Экспериментальное исследование растекания перемешанного пятна в стратифицированной жидкости // Известия АН СССР. Сер. Физика атмосферы и океана. 1978. Т. 14. № 2. С. 234–237.

  13. Куприянова А. Е., Гриценко В. А. Лабораторное и численное исследование особенностей процесса выхолаживания воды с поверхности в прибрежных водах // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2021. Т. 57. № 4. С. 484–494. https://doi.org/10.31857/S0002351521040076.

  14. Роуч П. Вычислительная гидродинамика. М.: Мир, 1980. 618 с.

  15. Самолюбов Б. И. Придонные стратифицированные течения. М.: Научный мир, 1999. 463 с.

  16. Тернер Дж. Эффекты плавучести в жидкости. М.: Мир, 1977. 431 с.

  17. Федоров К. Н., Гинзбург А. И. Приповерхностный слой океана. Л: Гидрометеоиздат, 1988. 303 с.

  18. Чубаренко И. П. Горизонтальная конвекция над подводными склонами. Калининград: Терра Балтика, 2010. 256 с.

  19. Чубаренко И. П. Горизонтальный конвективный водообмен над подводным склоном: механизм формирования и анализ развития // Океанология. 2010. Т. 50. № 2. С. 184–193.

  20. Amen R., Maxworthy T. The gravitational collapse of a mixed region in to a linearly stratified fluid // J. Fluid Mech. 1980. Vol. 96. No. 1. P. 65–80.

  21. Fer I., Lemmin U., Thorpe S. A. Observations of mixing near the sides of a deep lake in winter // Limnol. Oceanogr. 2002. Vol. 47. No. 2. P. 535–544.

  22. Fernandez R. L., Imberger J. Relative Buoyancy Dominates Thermal-Like Flow Interaction along an Incline // J. Hydraulic Engineering. 2008. Vol. 134. No. 5. P. 636–643.

  23. Flow Visualization. Techniques and Examples (Second Edition) / Eds. Smits A. J., Lim T. T. Imperial College Press. 2012. 427 p.

  24. Kao T. W., Pao H. P. Wake collapse in the thermocline and internal solitary waves // J. Fluid Mech. 1980. Vol. 97. No. 1. P. 115–129.

  25. Maxworthy T. Convection Into Domains With Open Boundaries // Annu. Rev. Fluid. Mech. 1997. Vol. 29. P. 327–371.

  26. Plaksina Yu. Yu., Uvarov A. V., Vinnichenko N. A., Lapshin V. B. Experimental investigation of near-surface small-scale structures at water–air interface: Background Oriented Schlieren and thermal imaging of water surface // Russian Journal of Earth Sciences. 2012. Vol. 12. No. 4. ES4002. https://doi.org/10.2205/2012ES000517.

  27. Wu J. Mixed region collapse with internal ware generation in a density stratified medium // J. Fluid Mech. 1969. Vol. 35. No. 3. P. 531–544.
Опубликован
2022-08-29
Выпуск
Том 50 № 2 (2022): Океанологические исследования
Раздел
Физика океана и климат

Передача авторских прав происходит на основании лицензионного договора между Автором и Федеральным государственным бюджетным учреждением науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук (ИО РАН)