Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Генерация внутренних гравитационных волн неоднородностями рельефа дна

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Генерация внутренних гравитационных волн неоднородностями рельефа дна"

РГП од

,...- ■ . РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НШ -.

ДАЛЬНЕВОСТОЧНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ТИХООКЕАНСКИЙ ОКЕАНОЛОШЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи Симоненко Сергей Викторович

ГЕНЕРАЦИЯ ВНУТРЕННИХ ГРАВИТАДКОЫЫХ БОЛК НЕОДНОРОДНОСТЯМй РЕДЪ35А ДКД

Специальность'11.60.08 - окегнолсгкя

АВТОРЕФЕРАТ • диссертации на соискание ученой стеленк кандидата физико-математических наук

Владивосток,- 1992

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК. ДАЛЬНЕВОСТОЧНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ТИХООКЕАНСКИЙ ОКЕАНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Ка правах рукописи -Скьюненко Сергей ■Викторович'

ГЕНЕРАЦИЯ ВНУТРЕННИХ 1?АВйЩК0КННХ ВОЛИ КЕОДКОРСДКОСТгШИ РЕЛЬЕФА ДНА

Специальность 11.00.03 - скзанолсгия

АВТОРЕФЕРАТ ■ диссертации на соискание ученой степени кандидата фюико-математэтескиг наук

,Владивосток - 199^

Работа выполнена в-Тихоокеанском'океанологическом институте Дальневосточного отделения РАН

-,.Научный руководитель- доктор физико-математическта наук

^_:_________£____;_______,________:____-В. В.Навроакий____________________

Официальные оппоненты: доктор с^зикргматематическах наук, профессор Ю.Д.Чашечкин кандидат физико-нэтеыгтаческих наук . , - " 0.А.Рябов

. ВеДуцзя организация - Институт гидродинамики СО РАН

Зашита диссертации.состоится ноября 199^т. е 12 часов на заседании специализированного совета Д.С02.05.09 при Президиуме ДВО РАН по адресу: 690041, г.Владивосток, ул. Балтийская, 43.

С диссертацией моано. ознакомиться в библиотеке Президаума - ДВО Р4Н по'-адресу:г.Владивйсток, пр.ЮО-лет Владивостоку^59,;ДВГИ.

«л

Автореферат разослан / окз&Зря 199£ г, ■

Учений секретарь «квдеяшрэБанногс совета, кандйдат->еограф;шск2г£ яаук В.К.Новокелов

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ;

" Актуальность теш. : Диссертация посвящена одной из важных-проблем современной океанологии, связанной-с динамикой и процессами перемешивания в океане.В связи с накопленными -новыми данными о взаимодействии баротропных приливов с топографией дна. назрела настоятельная необходимость развития методов.математического моделирования образования внутренних гидравлических прыкков и их динамики.

В первоначальных моделях обтекания'препятствий потоком стратифицированной жидкости (Дородницын, 1940; Кочин, 1938; Лонг, 1955) авторы заведомо пренебрегал! влиянием вверх по потоку от препятствий и воздействием перестройки потока вше препятствия на 'обтекание самого препятствия.

Нестрогость.такого предположения при обтекании подводных гор зпарвые отмечалась В.®.Козлова* (1533).

Тпателыше. лабораторные сксперя-'онты (Байге, 1934) по обте-. -каяию двухслойной жидкостью двухмерного препятствия показал!, что при ; докрзтических. по Фруду (Р<1) режимах: обтекания -■препятствия монет образовываться волновой либо турбулентный бор, распространяющийся вверх по потоку от препятствия. ': .Развитые модели -(Лонг, 1972; Байге, 1984) на основе интегра-льшх законов сохранения ^пульса .ввергая и массы для двухслойной -жидкости позболш® прогнозировать вто явление з лабораторных условиях. . •

.Наблюдения на шельфа Японского моря ( Навроцкий, Ильичев, 1988), а .таккэ на кельфз Австралии- (Холловей, 1987) показали еозмозюсть образования .гидравлическихпрыжков на границе шельфа.

г

Наблюдения вверх по потоку отбанок в фиорде Найт йнлет, (Рагшег, Smith, 1980) и ка шельфе Охотского моря (Коган, Симоне кко, 1988) 'также показали, что внутренние гидравлические прыжки могут образовываться перед подводными банками с наветренной "стороны;"приводя к -генерации внутренних- гравитацион- -— них волн большой амплитуды. -.:'■; ■ '.

Учитывая все-'вышесказанное, в диссертации предпринята попытка построения существенно нелинейных моделей-"генерации внутренних гидравлических прыжков для объяснения новых натурных данных, полученных в последнее время в експедициях ТОЙ ДВО РАН.

Научная новизна работы. В работе впервые получены следующие научные результаты: : : •'",'■;;-'

1. Показана возможность неустойчивости внутренней приливной волны на шельфе Японского моря до критерию, Ричардсона.

2. На основе уравнений ' 'мелкой воды''. получено выражение для скорости внутреннихгидравлических прыжков (ВШ) в двухслойной жидкости,, в которых сохраняется поток-.энергии'и массы. В предельном случае малых.прыкков скорость прыжка стремится к скорости .длинной .линейной волны (ток же ..как это., следует из соотношений Су (1976) на гидравлических прыжках).

3. Развита нелинейная модель ВГП вверх по потоку от'препятствия в двухслойной по плотности и скорости звдкостп,-обобщающая известные модели (Лонг, 1972; Байнс, 1984) путем учета не однородности 'скоростей в; слоях; . .. ■ '

4. Развита нелинейная модель образования ВГП вверхпо потоку от двухмерного, препятствия в трехслойной по. плотности и. -скорости эдасостя<-'обобщающая цредлокенную вкие двухслойную

нодэль. '

Практическое значение.

Основные результаты, подученные в диссертации, могут быть использованы для решения ряда прикладных задач: прогнозирование процессов генерации внутренних гравитационных волн, а также процессов вертикального перекашивания в шельфовых зонах морей и около банок, которые форкзирувт специфическую вертикальную структуру гидрофизических полей. Внутренние гидравлические пржащ (ВГП), внутренние-гравитационные волны (ВГВ) и структура ездя плотности взеш для. гидроакустики, подводной навигации. 1Ц»цосси вертикального п горизонтального обмена, связанные с взутрекякця волнеш» в значительной степенл определяют экологи-vscimз условия в шельЗовкх зонах и около подводных банок.

Апробация работы. Ословнне результаты исследований по Km диссертации представлялись на 11 Мегдунар. Тихоокеанском <й£®8эзиуме (Находка, 1983)-, конференциях молодых ученых ТОЙ ДВО Ы.1 СССР (1CS7, 13SS), Всееовзпо'г совещании "Актуальные пробле-Ш развитая . океакологической информации'.'■ (Обнинск, 1989), Мэгдународпой сессии "Вихри и то'яч в о;:з*яе и их лабораторные аналоги" (Вя э давосток, 1991)» Международной конференции по Японскому к Охотскому морям (Находка, 1989). Международной конференции по дистанционное зондированию (Окинава, 1992), Советско-Японском симпозиуме по вычислительной гидродинамике (Владивосток, 1992), Международной сессии " Кезо- и микроструктура океана -измерения я модели процессоз " ( Санкт- Петербург, 1992).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ.

Основные положения» вшоснша на защиту.

1. При взаимодействии докритического по ©руду приливного -течения-С .подводными^банками и континентальными склонами возмог.® образование внутреннего гидравлического прыжка (ВГП) вверх по потоку от препятствия.

2. Неустойчивость ВШ приводит к генерации пакетов внутренних гравитационных волн (солитонного либо зсноидапьного типа), распространяющихся вверх по штоку от препятствий.

3 • При трехслойной отрагафахацш поля плотности взажодействйо. приливного потока с ■ континентальным , склоном приводит к образованна ВГП первой и второй мод, прячем при определенны! условиях стратификации и скорости- течения вторая ыода кокет преобладать. .'.-■■•

4. Рассмотренные' нелинейные процессы взаимодействия стратифицированного течешь? к- ретефа дна приводят к перекачке энергии от- крупномасатабшх Оаротрошшд дзккенкй к мелкомасштабным, дассишфугабш механическую енергаа и пересараи-вагака вертикальную структуру терщйнащчеаш я гндродкнгзшо-ских полей.

СОДЕРЖАНИЕ ДССЕРТАЩй

Во введении обосновывается актуальность теш, уточняются цсдз и задачи исследования, раскрывается научная новизна работа и в виде краткой аннотации излагается ее содерадпне..

П ервая глава диссертации • является о о зорной. В ней рассматриваются результаты теоретических и експергааеятальгаа ясследованвй генерации внутренних тоззйтааионкях волн неодко-

родностями рельефа дна.

В разделе 1.1 рассмотрены линейные модел! внутренних приливов, основанные на предположении линейности внутреннего прилива и горизонтальной однородности поля плотности.

В линейных теориях внутренних приливных волн, генерируемых неоднородностями рельефа дна вертикальная скорость баротропного прилива над неоднородностью рельефа даа является источником внутреннего прклпзэ. Вертикальные колебания в баротропном приливо нал неоднородностью рэльефа дна создают.горизонтальный градиент плотности в стратифицированном коре, который оказывается нес-■балангпровапнкм и поэтому действует как генерирующее воздействие для внутренних пряливаюс волн, которые распространяются в обоих направлениях от области генерация (годэдшой банки либо граница велъфз). .

В кодовых подходах (Ретрп ъ др., 1974, 1975) решение на ггельфэ к з коре ищется з фор;е ряда по собственный фунгащм линейного оператора ЬГВ с некоторыми юзф&шентамв, ксгоуке находятся из условия непрерывности на границе шельфе. В лучевых теориях поле внутренней приливной волны может Сыть представлено интегрально для двух случаев, когда наклон характериси® с больше наклона дна а (БоЗнс*, 1973) в когда а >с (БаЯнс, 1882).

В разделе 1.2 анализируются результаты лабораторных ЗКСПЗрЕКеНТОВ по обтек;«"',© двухмерных срзпятствгй потоком стратифицированной йвдности и гкзюгкеся теоретические модели. Основное внимание уделяется явлениям шгаяаия вверх по потоку от препятствия, наг-мэше изучс-нннм до иастояаего времени. Ранние ксследовашш (Лонг, 1972; Байнс, 1977, 1979) показали зязчеяке влшшпя вверх по штоку на обтекание препятствия стратифкциро-

ванной жидкостью.

Било показано, что эти явления хорошо описываются в рамках нелинейных интегральных моделей (Лонг, 1972; Байнс, 19Э4), оси- . сываквдх-условия-образовашш.внутренних^ гидра^^^ прыкков вверх по потоку от препятствий в предположении однородного по скорости и двухслойного по плотности потока, обтекащего препятствие.

Плодотворность использования законов сохранения отмечалась К.Т. Богдановым (1975), который на основе закона сохранения.онергии в слое жидкости показал образование обратного прилива в канале.

В экспериментах Лонга и Байнса относительный скачок плотности разнородных-'жидкостей йр/р шел величину порядка 1/10, тогда как в условиях моря-с резким термоклином скачок плотности имеет величину порядка 1/1000 -'1/100. Су (1976) на примере экспоненциально убывающей от поверхности частоты Вяйсядя показал, что диапазоны образования внутреннего гидравлического прыжка очень узки, причем диапазон образования' каацой последующей мода намного 'уже диапазона образования предвдувдей мода. /

В разделе 1.2 обсуздавтся дисперсионные' еЗДмсто,' пряводядае -к генерации внутренних воли, а такко рассматривается результаты натурных наблюдений ■ на шельфах (Холловой, 1987; Навроцкий, Ильичев, 1988) и около банок (Уагшег, Smith, 1930). Кроме того делается вывод о необходимости построения нелинейных моделей в связи с результатами лабораторных экспериментов я натурных наблюдений.

Во второй глазе изложена линейная модель 'генерации внутренних приливных волн неоднородаостями рельефа дна. В разделе 2.1 -

вариация п-'OiHocxiSí скорости ч дэзлонгя продстгяляются в шде. csiíüs б&ротрпгшог я берок-яшной :х»люшиг. ■ Рассматривая гер^оштсесксе бзротрейь-ое течение, обтекадаее неоднородность рельефа дна, удается свести литкЯяие yperaeroi внутреннего прялива к одному уравнению для фуняша тока, описывающему генерация знутрожго приятое с<:з счет: неоднородности рельефа дна г горизонтальной иеодяорошссл поля плотности. Б раздала 2.2 показывается правомерность иоделггрсзеьлл бэротрспкого щшиза для задач генерал» внутреннего арк/тв одгюродаш по вертикали прйЛЕзгагм течением. 3 раздела 2.3 поле вкухрзялего приказа, следуя Bsias? (1973), предаяавхязтся ¡зягегрмглю для случал, когда «аклся! х8рат%Т'?р-'спк о бельке п&акнг: за а, что пмеет место яз грзище велы^з Японского -орп, Б разделе SU анализирую-теп результата. чпй";:Еаого рге^ха ¡чотЛтао.'як т'нутренпего лр^лк-Bd по крлерпя Frxsp'COEa для лглейгох'о силона о пасленом а=0.01 п сг:: icv: х -. ?.«*Г;сягг<, дг нг.^.щдек'.й. Полезно,

тт-о ейдиж rp3¡íZPJ' шзльфз снутроанлл лрлл:?.л нзлстойче; в слое £530 п.

Третья ГЛОВЙ дассзртша вастаззяа ракяткн пел'жейнье моделей БШ кзд нзрошостгпл* ролъефа г/Л. 3 разделе 3.1 на •лрсстсн вртерз тонкого слоя -nos, rsíúctew взпотажпш слоен • «оказывается»' что шреход потока кз сверлфкэтгеского по 2-руду .(?>1) з догрптическог состояние' (141) itdu некогсряг «acocas кртштестгай• осуцаствлягься s в:тдо ВГП, раскростршлкдагося леерх по потопу от-препятствия н перестгашжжго поток. Условие Бозшкяовзгагя ерша состоя? в разекетге щела 5рудз едшщв кз гр-эон? прзгот?с;м1я. Б разделе 3*2 рассгдоревя еоошжегаш на ВГП для шгагггэ топкого слоя к верхнего толстого

неподвижного слоя. Показано, что результаты, полученные для едкого слоя (Ландау, Лифшкц, 1984), можно перенести на рассматриваемый случай простой заменой ускорения силы тяжести § на редуцированное ускорение £ар/р, где Др/р— относительный

------перепад-плотности-на - границе-раздела -слоев--------------------------—■■------ -

В разделе 3.3 рассматриваются соотношения на ВГП в двухслойной жидкости пои произвольном соотношении слоев и скоростей в слоях вверх по потоку от прыкка. Рассмотрены, по существу, два одинаковых способа нахождения скорости распространяющегося ВГП-бора. Первый способ разработан Лонгом (1972) для случая однородного потока в слоях вве-рх по потоку от бора. Метод Лонга состоит в использовании интегральных законов изменения импульса в каждом.слое. Второй подход, разработанный Су (1976), состоит в переходе в движущуюся вместе с бором систему , координатв которой бор представляет собой ВГП, и приблкшшом интегрировании уравнений, баланса импульса. Показана физическая эквивалентность этих двух подходов, которые дают одинаковые выражения для скорости бора. Ка основе соотношений Гюгонио выводятся соотношения на.ВГП, в которых сохраняется поток энергии и вещества. Для скорости бора получается выражение, отличное , от соотношений, полученных в разделе 3.2. Для слабых боров оба подхода дают одинаковые разложения Тейлора безразмерной скорости бора в ряд относительно приращения безразмерной амплитуды бора с точностью до членов второго порядка малости. В обоих случаях скорости бора стремятся к скорости линейной волны • при бесконечно малом перепаде толщин слоев з боре.

Б разделе 3.4 развивается нелинейная модель ВГП вверх по потоку от препятствия в • .двухслойной ш плотности жидкости,

учитывающая неоднородность скорости в слоях. Развитая модель обобщает модели Лонга (1972) и Байнса (1984), которые рассматривали только случай равных скоростей течения в слоях перед препятствием.

В разделе 3«5 анализируются результата наблюдений вверх по потоку от банки в фиорде Найт Инлет з вблизи граница шельфа Японского моря. Выло установлено (Гапаег, Smith, 1930), что образование бора вверх по потоку от банки произошло в момент максимального приливного течения над гребнем банки с числом Фруда F=1.1.

Расчеты, представленные го модели Лонга (1972) для параметров стратификации к геометрия бенки в наблюдениях в фиорде, показали гоэюяюсть образования бора перед банкой с перепадом толщин нашего слоя в боре в :7.1 м, что соответствует наблюдаемой величине перепада т&лада а:пзгзго слоя в S-Z м. Расчеты по "модели Лонга такге показали, что при скоростях зряяаввых течений, характерных'для иельфовах зон Японского моря, тоже всгмошо образование ВГП первой модч вблизи граница шельфа с перепадом толщин нишего слоя в прыже в 15 и, что соответствует наблюдаемым величинам скачка- изотерм.

Удовлетворительное соответствие наблюдаемых и предсказанных двухслойной моделью величин прыжка изотер! в ВГП первой моды подтверждает гипотезу о приливном кеханкзме образования ВГП при обтекании склона приливным течением (Навроцкий, Ильичев).

В раздело 3.6 излагаются результаты наблюдений волнового, бора вверх по потоку от банка в Охотском море. Наблюдения проводились о борта заякоренного судна перед банкой с помощью судового эхолота и гидрофизического зонда (Коган, Симоненк'о, 1988).

Предпринята попытка применить изложенную в разделе 3.4 модель, учитывающую отличие скоростей в слоях. Модель, учитывающая неоднородность скорости в слоях, дает солее рзш-зй момент образования ВГП перед баш-сой . ( на 3-5 юз:), что точнее соответствует моменту наблюдения волнового бора. На основании близости времени образования ВГП и времени регистрации волнового борз было предположено, что волан обргзезалцсь в результате рзскада БГП, образованного вверх по потоку. Решение задвчи Кош для уравнения КдВ с назальным условием тиха. ступеньки. модел^рувдей ВГП, пока"зло,, что колебаний во времена грвнкцк раздела слоев в генерируемом канете голн ощаыгст временную структуру наблюдаемого пакета волн. Период ;-»*збанай составляет 10-1? кн. Используя представлен:-!« - о болюсом • механизма дассип-кш енергж: в боре .(Лайтхилл, 1378) т. учитывая разнаау в ьеличинах дисскящьг потека механической окергж в «ора для случая однородного и неоднородного потоков, оценена ахииютуда волн, генерируемы^. ЗГП. Амплитуда внутренних волы дожаа быть около 30 м, что соответствует яабгадешда.

Четвертая глава работы шеводевд. аналкзу наблюдений вблкгя границы шельфа Японского моря и их гздрэдшшческой к стахкс- -тической интерцретеция.

В разделе 4.1 анализируются нэбдалдепкя в&юза граница шельфа Японского коря, сделанные в летне-осенние перлоды

1534-1989 гг. Вертикальная структура тешерат/рз отделялась с

" * з

помощь» зонде фгрщ „Цуруиа, Сейки-Ко с разреяениек 0.05 С.

Пространственные разрезы проводились с интервалом кжлу

гондщюваижа в .1-2 'зблггл граншда шельфа (глубина -100-

£000 м) и 2-4 *гкли в открытом норе и на шельфе.

Наяболее жтьросякч «войстяш цредсггвлонных разрезов является существование болдах возмущений тершклина с амплитудами 10-20 ы, сконцентрирована« в 5-Ю - t,ильной зоне вблизи гра-1ШШ юльфа.

Сравнение с результата»® лабораторных екопериыэнтоэ (Байнс, 1984} по критерию Оруда позволило В.В .Навроцкому и В.И.Ильичеву з 1980 г. высказать предположение о том, что наблюдаемые возмущения термсклина вблизи границы шельфа обусловлены слабнм ВГП, оозкккэглжк при взаимодействии приливных течений с кс:1тшентвльшэл ехкояом. Зтз гипотеза была выбрана в качестве рзбсчой дли по&лэдупгэго анализа я послугала мотивацией для разг-этия гелшзйпоа модели ВГЙ в трехслойной жидкости перед прегитствизч.

Б раздело 4.2 изложена математическая модель ВШ з трехслойной гилкссп: зэрэд прсялтсгБКШ в вряблжгввки 1 'мелкой вода", широко гхполвзуеиоц а гео£галеской гздродингмикв (Педлоски, 196'). Дгл построения иод<да apaases подход Лонга (1972), состоящий з св.':сквй1зш П!Дрс,^Пйш;чссккх условий в слоях ниже по потоку от щт<& с условная над ь;«пятств1>.ен при помощи интегралов Еорнулзи я китэгоо-лызг законов сохранения массы. В качестве условий па ВГП взята соотношения Су (1976>, подученные в результз-io интегрирования системы уравнений баланса импульса и H&CC2 в ирзблвдзгаа слабых ВГП, В модели рассматриваются только татл;о ЕГО, в которах цроясхойзт дессннацая потока механической анэргия при перэходе ':зрэз црьввок, что соответствует условию во-срэстйннл ептроши в гйзодкнакачесхой ударной волне. К изложенным условиям добавляется так пазьшееьюе критическое условие (Лонг, 1972) ::од препятствие«, которое является условием резонансного

возбуждения ВГП вверх'по потоку от препятствия (Байнс,1984).

В разделе 4.3 приведены результаты численного счета по трехслойной модели и сравнения с наблюдениями на границе шельфа Японского моря. Исходная система уравнений нелинейной трехслойной модели решалась при однородном по глубине потоке, обтекающем границу шельфа. Отношения плотностей в слоях : Р] =р./р( =0.9993£ Р2= Р3/Рг =0.9993. Толщины верхнего и промежуточного слоев соответственно следующие: Н3 =20 м, Н.=10 м, что соответствует параметрам структуры поля плотности не границе шельфа. Приведены расчеты для двух полных глубин моря:Н=200 м к Н=1б00 м. Приведенные зависимости относительных утолщений срэд-него слоя =1гг/Нг -1 показали, что первая и вторая моды ВГП существуют в различных скоростных диапазонах и+С,- где и-скоро-сть потока, С- скорость прыжка. Образование первой мода'ВГП приводит к опусканию двух границ раздела сдоев,при котором происходит существенное утолщенкэ верхнего слоя к незначительное изменение промежуточного слоя. Образование второй мода ВГП приводит к существенному утолщению промежуточного слоя и довольно • значительному утоныпэнию верхнего слоя.

Диапазон образования второй мода ВГП (0.14м/с <11+С<0.22ы/с) уже диапазона, в котором возможно образование первой мода ВГП. Тем не менее, из приведенных расчетов видно, что енергия, дисси-пируемая в прыжке .второй моды в диапазоне образования зторой моды, на два порядка меньве, чем в прыжке первой мода. Поетому для генерации ВГП второй мода требуется существенно меньше энергии внутреннего прилива, чем для генерации ВГП первой мода. Для величин утолщений промежуточного слоя, рассчитанных из модели при скоростях приливных течений, характерных для

шельфовых зон, получаются значения 10-20 м, характерные для представленных наблюдений.

В разделе 4.4 исследуется связь между системой эмпирических ортогональных функций (305), определяешх статистическим путем для . зондирований температуры, и системой собственных функций линейного оператора внутренних гравитационных волн (Миропольский, 1981). В одной из первых работ (Навроцкий, 1974) была отмечена хорошая связь ыезд ЭСФ и собственными функциями линейного оператора. Однако етот метод до настоящего момента использовался в океанологии преимущественно для параметризации процессов синоптического масштаба (Василенко, Мирабель, 1976). Сравнительно недавно его начали применять для параметризации колебаний' поля внутренних гравитационных волн (Голубев, Черкесов, 1985). В разделе на основании статистической обработки вариаций температуры показано неплохое соответствие между' первыми тремя вертикальной структура вариаций температуры и первыми тремя собственными функциями линейного оператора внутренних волн, помноженными на средний вертикальный градиент температуры. Тем самым в определенной мере подтверждается экспериментальный результат (Навроцкий, Ильичев, 1988) о преобладающем влиянии внутре1шего прилива на наблюдаемые вариации температуры . на граница гольфа.

В разделе 4.5 проведен анализ устойчивости ВГП в рамках слабонелинейной двухслойной модели, описываемой уравнением КдВ. Результаты исследования -показывают, что внутренней гидравлический прыкок неустойчив. Неустойчивость ВШ приводит к . тему, что он излучает последовательность солитоаов. Фронт самого большого солитона распространяется с больщей скоростью, за ним

_выстраиваются солитош с меньшей амплитудами. Возкогяость излучения солитояов внутренним гидравлическим притом рассаатрл-. велась Б.Б.Навроцким и В.И.Йшгеевш (1288) в евязн е аналнзо« _падро$гзнче_сяс1ЕЕ нолей вблизи границы шельфа. Проделанное исследование подтверждает предположение о возмоеностй излучения солятонов в результате распада ВГП.

В заключении сформулированы ' сешышв -результата дпссерта-ционной работы:

1. Разработана линейная кодель геворацка внутренних лршшвних 'вата бэротропной цршавной волзой прк взш;оде£стзш: се " с неоднородностямя дна, уташаавдая совместно® кзгянае неоднородности рельефа дна и горизонтально! шюдеорадкэсга пот средней плотности. Модель обобщаот прэдаэствук^о мододк Еайпса (1973. 1582) генерации ш^трошиго-прилива, да- уташзяцвз горизонтальной неоднородности поля плотности.

Численные оцешск для конкретного района Японского моря показали, что внутренняя приливная волна при распростра&энЕИ на сзяьф --из области' генерирующего линзйаого склона .становится неустойчивой по критерии Ричардсона, что по сосрзконшш- црздсгавлешяи' может приводить к генерации внсокочостстных внутренних грайата-' ционных волн. Натурные наблюдения показываю;: интенсивную генерацию коротких п высокочастотных волы на . глубинах ш-шф 60-100 м, что, по-видимому, говорах о • влияний сдвига 'скорости на- генерацию внутренних волн. .

2.Рассмотрены соотношения па.гидравлических прнхках,- состошеэ в интегральном выполнении соответственно законов сохранения масса и ишульса, массы и Бкергии. Показсно» что, ь ■■дгря&яо£яэ£ дюде.чз

законы сохранения интегрального потока импульса и интегрального потока энергии противоречат друг другу в приближении ''мелкой вода". Для слабых гидравлических прыжков обе комбинации законов сохранения дают примерно одинаковые выражения для скорости ВГП, стремящиеся одновременно к скоростям длинных линейных волн при отрешении величины разрыва в ВГП к нулю. Показано, что для практически важного случая, который, как правило, имеет место в натурных условиях (толщина верхнего слоя меньше толщины нижнего), использование законов сохранения интегрального потока импульса и масса дает устойчивые в приближении "мелкой вода" ВГП, а которых граница' раздела вниз по потоку от прыжка опускается вниз,

3. Развита нелинейная модель ВГП вверх по 'потоку от< двухмерного препятствия в двухслойной по плотности и скорости есидкости, обобщающая известные модели Лонга (1972) и Байнса (1984). Результата • численного расчета по модели для конкретных условий топографии дна, параметров стратификация объяснили образование ВГП перед протяженной банкой в Охотском море, з такяе ВГП первой моды на ■континентальном склоне Японского моря и перед банкой в фиорде Найт Инлет. С помощью численного моделирования распада ВГП на основе КдВ- уравнения показано, что ВГП неустойчив и непрерывно генерирует последовательность солитоноз. Показано, что периода волн, рассчитанные из предложенной модели распада ВГП, находятся в хорошем соответствии с наблюдениями вверх по потоку, от банки в Охотском море .

Применено представление Лайтхилла о волновом механизме диссипации энергии з ВГП. Показано, что амплитуда волн, рассчитанные из этого принципа, находятся в хорошем соответствии с

наблюдениями в Охотском море.

4.' Развита нелинейная . двухмерная модель образования ВГП вверх по потоку от двухмерного препятствия в трехслойной по ! плотности и скорости жидкости, обобщающая предложенную вше

------двухслойную модель. Численные расчеты по трехслойной модели для

конкретных, параметров стратификации показали, что при наблюдаемых на границе шельфа Японского моря скоростях приливных течений могут образовываться ВГП первой и второй внутренних мод, что подтверждает высказанную гипотезу В.В.Навроцкого н В.И.Ильичева (1988) о приливном механизме образования слабого ВГП со стороны моря . .Путем численного расчета показано, что на генерацию ВГП второй моды (что- приводит к утолщению термоклина) требуется существенно меньше. энергии баротроппого прилива. Это объясняет наблюдаемое образование ВГП второй моды на границе шельфа, несмотря на сравнительную узость даэпазона скоростей течений, прп которых он может образоваться. . '

5. На основе статистического анализа 'вариаций' температуры, установлено достаточно удовлетворительное соответствие мекду - емшрическаки ортогональны:® функциям» вертикальны!' вариаций температуры и собственными функциями вертикальной скорости (линейного оператора внутренних волн), умногенныма на вертикальный градиент 'температуры. Показано, что вариации температуры обусловлены'в основном внутренним приливом, что также подтверждает гипотезу о приливном механизме образования слабого ВГП на границе иельфа. '

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИЙ ИЗЛОШО В РАБОТАХ: 1,Катго1:5ку V.?., ЬааагуиН А.Уи., ■Бйопепко 8.7. Оп Ше тесЬа-

- 17

nlsrn of vertical mixing In the. shelf ал! frontal zones of the ocean. The 2-nd Pacific Symposium on Marine USSR, Nakhocfta, August, 1988, p.126-127.

2. Коган В.Я., Симоненко C.B. Внутренний бор в мелком море // Метода и средства гидрофизических исследований океана. Владивосток: Изд-во ДВГУ, 1988.

3.■Симоненко С.В=, Муратов Л.®., Новотрясов В.В. Эмпирическое подтверждение теоремы Монина- Обухова для однородного изотропного поля внутренних волн на примере шельфовых зон дальневосточных морей // Тезисы докладов. Всесоюзное совещание "Актуальные проблемы развития океанографической информации". Обшшск, 1989, с.23.

4. Симоненко C.B.-. .Муратов Л.Ф. Некоторые экспериментальные подтверждения влияния вверд по потоку при обтекании стратифицированной жидкостью двухмерного препятствия. // Там же, с. 198-199.

5. Новотрясов В.В., Симоненко C.B. Об интепретацй? эмпирических сртогональнпх функций для • вертикальной структуры 'вариаций тшаротури полусуточного периода // йзвесгля АН СССР. Физика атмосфера и океана. 1989. т. 25, N 3. с.327-330.

6. Белскоксо В.П., Муратов Л.Ф., Скмоненко C.B. Условия

• формирования приливного фронта в проливе Фриза. // Тезиса дохлэдов. Международная конференция по Японскому и Охоткоскому морям. СССР, Находка, 1969 г., с. 18-19.

7. Когая В.Я., Скуоненко C.B. Гидравлический прыаок над препятствием а мелком норе // Тезисы докладов. Незд'нар. сессия ,,Вихри и еолш в океане и их лабораторные аналоги". СССР, Владивосток, 1991 г., с. 38-39.

S. Нагрцкий В.В., Симоненко C.B. Генерация внутренних волн около границы шельфа и zx влияние на вервпсальнсе переяе.т,гв-.зкие.

| ■ . 18'; Тезисы докладов. Там же, с. 49-50.

9. -Navrotsky V.V., Slmonenko S.V. Generation of internal waves near the shell boundary // Conference for Pacific ocean envlroffiant and probing. Proceedings, VOL.2, p. 1269-1274, 25-31

august 1992. Шпана. Japan. • ••"," . .'• •. _.___i _■ -

10. SlEonento S.V, Kogan V.Ya. Experimental and theoretical Investigation of unduler bore forcatlon upstresss the bank // Conference for Pacific ocean envlrcaant and probing. Proceeding, VOL.2, p. 1275-1280, 25-31 august 1992. Okinawa, Japan.

,11. SiEonenko S.V. The ther^iynsnlcs of the nonlinear shear flows // Conference for Pacific ocean envlimant and probing, Proceedings, VOL.2, .p.1269-1275, 25-31 august 1992, ОШага, Japan.

. 12. Коган В.Я., Скаоненко C.fi. Внутренний бор на мелководье // Известия ¿Н. Сазшм ашооСерц и'охзана, 1992. т.28, Н°9, 0.12312$.

\

Скмоненко Сергей Викторович . ГЕНЕРАЦИЯ ВНУТРЕННИХ ГТАВОТАЦЙСННЫХ ВОЛН НЕОДНОРОДНОСТОТ РЕЛЬЕФА ДНА

Автореферат

Формат 60x80/16. Уч.-язд. л. 1.0 Тиран 100 экз. Бесплатно

Отпечатано в СНГ»! Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН 650041, Владивосток, ул. Балтийская, 43.