Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Исследование влияния горизонтального градиента поля плотности и рельефа дна на генерацию внутренних волн приливных периодов

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Исследование влияния горизонтального градиента поля плотности и рельефа дна на генерацию внутренних волн приливных периодов"

ШМ1Г/Л НАУК УССР МОРСКОЙ 1ЗДРО£йШЧЕСЭДЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи СГАПЕГК Наталья 1й1хайловна

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГОРЛЗОНТАЛЬНОГО ГРАДИЕНТА ПОЛЯ ПЛОТНОСТИ И РЕЛЬЕФА ДНА НА ГЕНЕРАЦИЮ ВНУТРЕННИХ ВОЛН ПШЛИВКЫХ ПЕНТОДОВ

04.00.22 - геофизика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математичоских наук

УДК 551.466.8

Севастополь - 1990

Работа выполнена в Мороком гидрофизическом институте АН УССР

Научный руководитель' - член-корреспондент АН УССР

доктор физико-математических наук

профессор

Л.З.ЧЕРКЕСОВ

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук

В.В.КНЫШ

- доктор физико-математических наук Е.Г.МОРОЗОВ

Ведущая организация - Ленинградский государственный

университет

Заиита состоится «/0 - октября 1990 г.

в I ® час- ^ 0, шн> на заседании Специализированного совета Д 016.01.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора физико-математических наук при Морском гидрофизическом институте АН УССР (335005, г.Севастополь, ул.Ленина,28)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МП! АН УССР (г.Севастополь, ул.Капитанская, 2).

N

Автореферат разослан ' ' " сентября 1990 г.

Ученый секретарь 1 к

Специализированного совета .„.___/

кандидат физико-математических наук/\/| „

ОБЩАЯ ХАРАКТЕШСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш

Внутренние волны представляют собой один из главных обьек-;ов исследования современной океанологии. Обладал значитель-юй энергией, внутренние волны могут распространяться на сот-ш километров и оказывать существенное влияние па динам;: гю ;ие процессы, происходящие в океане. Наиболее эффективная ге-юрация внутренних волн происходит при распространении баро-;ропных и бароклинных приливов через крупномасштабные неодно-зодностз: рельефа дна [ Wunsch С. , IVeSS S. , 1979; Baines P., :982; Craig , 1989; Бабий ivî.B., 1975; Букатов A.E., Черке-:ов Л.В., 1983; Морозов Е.Г., I9S5; Власенко В.Л., 1987 J .При iTOM на пути следования приливов могут встретиться различные 'оризонтальные неоднородности поля плотности и течоний. В ¡олышнетве научных к прикладных работ, связанных с исследова-[ием динамики бароклинных приливов, горизонтальными градиента-и средних полей плотности и течений, как правило, пренебрега-)Т, поскольку последние всегда (.того меньше вертикальных. Вме-:те с тем существуют области (фронтальные зоны), в которых го-изонтальная неоднородность является весьма существенной [Фе-;оров К.Н., 1963; Грузинов В.ГЛ., 1986 ] , и ее учет необходам, 'акие неоднородности отмечаются как в открытом океане, так и (близи материковых склонов. Получение новых данных о волновой т.памике в горизонтально неоднородном океане экспериментальным ;утем довольно трудоемко и в конечном итоге требует теоретиче-:кого обоснования.

В связи с этим возрастающее значение приобретают теоретиче-исие исследования генерации и распространения внутренних волн ерез области горизонтальных неоднородностей средних течений и :оля плотности в океане переменной глубины. При этом система равнений, obiciuxu/sbx волновые возмушения, сводится к дифференциальному уравнению второго порядка с неразделяюаьмися пе-;эменгыгга. Кроме того, граничные условия приходится ставить на эровной донной поверхности. Все это вызывает серьезные мате-!атпчоск,'е трудности. Поэтому эта проблема мало изучена.

Данле < r-абота тосвяиена исследованию механизма генерации

внутренних волн при распространения баротропного или баро-клянного прилива через область с горизонтальным изменением поля плотности в окоаде переменней глубины.

Она выполнялась в соответствии с планами основных научных исследований Морского гидрофизического института АН УССР по межведомственному проекту "Волна" (номер государственной ■ рэги страдай 0187.0018 092).

Ноль работы

Основной целью работы является изучение влияния горизонтального градиента поля плотности на параметры внутренних волн, генерируемых npi распространении баротропного или баро-клпниого приливов в.океане переменной глубины. Для этого в диссертации по мере услогшения используются различные приближения, учитывающий особенности сложной структуры плотности в океане. Принимаются характерные для фронтальных зон значения горизонтальных градиентов плотности и параметров стратификации. Для разных профилей рельефа дна проводится сравнительный анализ результатов, полученных как в горизонтально неоднородной, так и горизонтально однородной жидкости.

Методы исследования

В работе используются различные численные методы. Дифференциальные уравнения, ошсываапав болнобыэ движения в жидкости с кусочно-постоянным значением плотности решаются методом Рун-ге-Кутта. Для моделей с непрерывным изменением плотности применяется метод Еимана, и на его основе строится численная методика расчета полей внутренних волн.

Научная новизна

Для трзх приближений стратификации в жидкости разработаны методы расчета волновых полей, возникающих при набегании плоских внутренних волн или длинных баротропных волн на области с горизонтальными неоднородностями поля плотности в океане переменной глубины. В отличие от известных ранее, эти методы позволяют одновременно рассматривать произвольные профили рельефа дна (хребты, склоны, каньоны) и сложные распределения плот-

ости кидкост? по Евртикали и горизонтали.

Для слоистой аппроксимации стратификации в кидкости(кусоч-о-постоянные значения градиентов плотности) исследованы осо-¡енности распространения внутренней волны произвольной мода ;ервз неровности рельефа дна в горизонтально неоднородном note плотности без использования традиционных приближений ВКБ и : учетом условий излучения. Получены зависимости амплитуд ге-трируемых при этом внутренних мод от параметров горизонталью неоднородной области.

Выполнен не проводавшийся ранее .сравнительный анализ амп-штуд внутренних волн, генерируемых баротропным приливом, в жрестности океанического хребта при двухслойном и непрзрыв-юм (плавный пикноклин) вертикальном распределении плотности. Это позволяло установить пределы применимости моделей с разрывом плотности в задачах о генерации внутренних волн над неровностями рельефа дна.

Проведено исследование волновых полей бароклинного полусуточного прилива, генерируемого баротропкой волной,, в окрестности фронтальных зон в океане переменной глубины для более злокных, чем рассматривалось ранее законов стратификации. Установлено, что зависимости амплитуд генерируемых мод от пшри-ны горизонтально неоднородной области являются квазишриода-ческими.

Практическая ценность

Материалы диссертации углубляют знания и уточняют имеющиеся представления о динамике внутренних волн в областях с горл зонтальными нводнородностями поля плотности п рельефа дна. Построение моделей генерации и распространения внутренних волн приливного периода, учитывающих особенности стратификации л рельефа дна, позволяет дать более полный и точный прогноз параметров внутренних волн в таких традиционно трудных для исследования и важных в практическом отношении районах Мирового океана как фронтальные зоны.

Работа может быть использована на этапэ разработки планирования океанографичебких экспериментов в районах фронтальных зон. Она позволяет дать предварительную оценку вклада баро-

кялкного иршва в 061253 картину вслаоыг: деякозлй в-горизонтально нзсднэрод^пс областях.

Часть каучгшг результатов дассертацш б;:лг внедрена в хоз-догогорлой работа црзкладного характера.

.'гп'-обг.ипя работы и дубликат*?

Кьторпадц дцссертавдв догладывались на Ведсоюзных конферен-цн.тх молодых учзшсс в спецпаяисгоз (г,Севастополь, 1933,1935), на Всесоюзной научно-технической конференции "Использование вычислительной •гехншы в репэнна задач повкзэняя эффективности производства" (Краснодар, 1935), на П Всесоюзной конференция по энергетика (г.Владавосток, 1935), на Всосоэзной кон$е-ронхда "¿хнуашш пробег;,ты соьрзг.энной океанологии" (г.1!оск-га,'. 1535), на I Всэсоюзной пкод;э-С8:шарэ "Актуальные проблемы оквеногзгзп" (г.Л-экпнград, 1937), на Всесоюзной шюлэ-сеуи-наро "Чеолзнецэ истода кюананз силосной срздц" (г.Красноярск, 1237), на и Республиканской конфэрошда но прикладкой гздро-хоханпко (г.Кюв, 1£37), на Ш Всесоюзном сюзда океанологов (г.Ленинград, 1£37), на Боа союзной конфероцщш-"Актуальные дроблэмы соврэмс;шой окоааологва" (г.Москва, 1238), на Ш Все-соззной 1т:олэ-сз:;ппара "Актуашзко проблемы океанологии" (г.Сзатлогорск, 1539). По теме днссзртащи опубликовано двадцать четыре научные работы.

Структура и объем тпссз'ртздип

Работа состоит из введения, трех глав, заключения, приложения и списка цитируемой литературы. Объем работы составляет 1В4 страницы, включая 122 страницы машинописного текста, 50 рисунков п 5 таблиц на 52 страницах, список цитируемой литературы из ИЗ наименований (из них 45 работ зарубежных авторов) на' II страницах.

СОДЕШАНИЕ РАБОТЫ

В диссертации исследуется генерация внутренних волн при распространении баротройного или.бароклинного приливов через область с горизонтальными неоднородностяьи поля плотности в океане шромэнной глубины. Предполагается; что безграничный в горизонтальных^ направлениях вращающийся бассейн заполнен

зтрагсфицвроЕанпой гидгсостьэ г. условно раздолен на трг. обла- • зтн. 3 областях I С Х<0 , х; П1 ( ,'>1 , с/;соэ)

глубина и плотность г-ндкостп но заг-зся? от х , а з области П \OsxsL ; располсгонпой над учг.сгком неровного

:на (Н= Н(х) ) плотность ззм-зпязтся уе:: по вчргжая, таг; я ю горизонтали (вдоль осп Ох ). Для иоддэргтзляя сгаг":опар:юго горизонтального граддэнта.плотности с*тзствуо? гсосгрофзчес-зов точонва, направленное вдоль осз ¿у. Из области I з поло-, гатольном направлении осп Ох распространяется плоская гатг.го-:-:поск?.я внутренняя плг: длдяпая барэтрепаая ~э~?а<, Птг: со дсз-::эш'Л! через горизонтально поолпорогнуо область П гт^олсгодп? гояорзвдя" внутренняя во;ль Б области I возникав? отра~окк:гэ волны, распространяла ся в отрицательно:.: налрзвлонпз осп , а в области Ш - проЕэдпав, двикуЕЗСя в поло™лтельнсм падрлз-гэшш оси Ох . Ставится задача по кзгэсииаг парггзгргм набега» зкэй волны, стратификации и рэльофа два определись а'.пот^уйт а построить поля генерируемых воли в ранено обл?.с?п с горзгеяга-дъпкет. неодяородйостягз.

Используется несколько аппроксимаций вертяаалыюто рассре-целэния плотности з океане: кусочно-постоянная, лянай;ая :: е<усочно-лпнейная, В качество подеодных препятствий рассгатрп-ваются различные формы океанических хребтов, материковых склонов и каньонов. При этом предполагается, что ::рутлспа порото-* сти дна не провыгазт наклон тракториста:-: гиперболического зол-нового уравнения, описываюйего распространенно гармоничеешх внутренних волн (докритзчоскне наклоны дна). Такое ограничение на крутизну дна при рассмотрении динамакл. внутренних волн лра-ливных периодов вшло приемлемо для бельпнстза районов Ярового океана ( ЬЬдсшЫ 1. , 1232; Краусс В., 1939).

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, формулируется цель работы и кратко излагается содержание диссертации.

В первой главе рассматривается генерация внутренних волн над участками неровного дна в рамках слоистых законов стратификации жидкости. Плотность воды в пределах каждого слоя на изменяется с глубиной. Область с горизонтальным градиентом плотности - фронтальная зона - сосредоточена в верхних слоях

переменной толщины. В отличие от работ [Бабий Н.В., 1974;Ба~ бий М.В., Черкесова Л.В., 1975; Бабий М.В., Ярошени P.A., I978J здесь учитываются одновременно переменная толпшна слоя, горизонтальный градиент и неровности рельефа дна. Исследования проводятся в рамках линейной теории длинных волн. Система уравнений движения, описывающая волновые движения жидкости, сводится к системе дифференциальных уравнений относительно отклонений свободной поверхности и границ раздела. Вне горизонтально неоднородной переходной области решение представляется в Еиде суммы волн, с неизвестными амплитудами у отраженных и прошедших. Внутри переходной области волновые характеристики ищутся численно с использованием метода Рунге -Кутта для решения краевых задач дифференциальных уравнений 4-го и 6-го порядков. Неизвестные амплитуды отраженных и прошедших волн находятся из условий равенства расходов жидкости и отклонений границ раздела на краях неоднородной области П.

В первом параграфе решается задача для двухслойного при б ли. кеная плотности в океане. Фронтальная зона расположена в верх, нем слое переменной толщины. Получены зависимости амплитуд генерируемых волн от определявших параметров стратификации, набегающей волны и рельефа дна. Показано, что для характерных океанических условий стратификации и рельефа дна амплитуда внутренней волны, генерируемой в области Ш, при движении баро-клинного прилива через переходную зону П практически не зависит от ширины фронтальной зоны и высоты подводного препятствия. В этом случае амплитуды генерируемых внутренних волн определяются в основном глубиной залегания пикноклина и вертика льным перепадом плотности между слоями. Амплитуды отраженных волн при этом малы и не превышают 20% от амплитуды набегающей Амплитуды внутренних волн, генерируемых в аналогичной ситуаци: при распространении баротропного прилива, существенно зависят от параметров стратификации и рельефа дна.

Во втором параграфе используется трехслойная модель страти фикации жидкости. Анализ данных наблюдений показывает, что в - приповерхностном слое океана, как правило, ввделяется верхний квазиоднородный слой (ВКС) с практически постоянным по вертикали температурой, соленостью и плотностью.. Горизонтальные

о

градиенты гидрологических характеристик'в этом слое по величине могут быть значительно меньше, чем в слое шкноклина. Фронтальная зона в такой модели располагается в среднем слое. Исследовалось влияние толщины верхнего квазиоднородного слоя на величины амплитуд генерируемых внутренних мод. Показано, что при распространении баротропного прилива через фронтальную зону, расположенную в открытой части океана в районе океанического хребта, амплитуды волн, генерируемы* на нижней границе среднего слоя, практически не изменяются с увеличением толщины верхнего слоя до -100 м. На верхней границе амплитуды с увеличением толщины ШС возрастают по линейному закону.

Третий параграф посвяшн сравнительному анализу двух решений, найденных в рамках различных моделей стратификации жидкости: двухслойной (с разрывом плотности) и непрерывно стратифицированной (модельный пикноклин). Внутренние волны при этом генерировались при распространении баротропного прилива через океанический хребет. Целью такого сравнения является исследование возможности применения слоистых законов стратификации жидкости при моделировании бароклинных приливов в окрестности крупномасштабных неоднородностеЗ рельефа дна. Решение находилось численно о помощью методов Рунге-Кутта (кусочно-разрывная аппроксимация плотности) и Еамана (непрерывно стратифицированная кидкость) для широкого диапазона параметров стратификации и рельефа дна. Сравнивались амплитудные значения первых мод на глубине залегания максимума пикнокли-на. Получено, что при докритических наклонах-дна ( dH/dx< KtfJ-f2)/(fl2(£) -i2) ] 1,2 , где Ц(х)~ глубина океана, частота волны, N(i) - частота плавучести у дна, f -параметр Кориолиса, когда наиболее энергонесущей :модой является первая бароклинная, разница мевду амплитудами волн для используемых моделей слабо зависит от фор.ш препятствия (высоты и ширины), а определяется в основном шириной шкноклина. Если наибольшие изменения N(s) сосредоточены в слое толщиной I5Q.I, то отличия между значениями амплитуд двух моделей не превышают 10$. Увеличение ширины пикноклина до 350 м приводит к возрастанию отличий до 25^.

В последнем параграфе первой главы выполнено моделирование бароклинного прилива в северо-западной части Тропической Атлантики в районе Межпассатного противотечения. Этот район интересен тем, что здесь вдали от берегов в течение ряда лет на поверхности океана наблюдаются (Нелепо Б.А., Сизов A.A., Пантелеев .H.A., ISS2) интенсивные проявления внутренних волн. Эти проявления связывают (Кузнецов A.C., Парамонов А.И.,Сте-панянц Ю.А., 1984) с ростом амплитуды приливной внутренней волны на выходе из фронтальной зоны Межпассатного противотечения. На основе моделей, изложенных в первой главе, с помощью климатического массива данных и результатами измерений,, полученных в 23-м рейсе НИС "Академик Вернадский", с учетом особенностей рельефа дна проведены оценки амплитуд,генерируемых приливом внутренних волн. Исследована возможность роста амплитуд внутренних волн в глубоководной части океана в районе фронтальной зоны. Анализ пространственных характеристик волновых полей показал, что вдали от берега поперек фронтальной зоны амплитуды внутренних волн возрастают в 1,5 раза в сторону подъема пикноклина. Это усиление интенсивности волновых движений связано с наличием фронтальной зоны.

Во второй главе продолжено изучение генерации внутренних волн при распространении баротропного или бароклинного приливов через область с горизонтальным градиентом плотности в океане переменной, глубины. При этом, в отличие от первой главы, где исследования проводятся для кусочно-разрывного профиля плотности, вторая глава посвящена рассмотрению более сложного закона стратификации. На необходимость такой постановки указывают исследования [ Baines P.S. , 1982; Craig Л#,1988], проведенные для горизонтально однородной жидкости. Было показано, что в районах крутых неровностей дна при распространении баротропного или бароклинного приливов может генерироваться несколько мод со значительными амплитудами. В рамках слоистых моделей главы I подобный результат получен быть не может. Во второй главе получено решение для океана плотностью равномерно возрастающей с глубиной (частота Вяйсяля-Брента постоянна). Фронтальная зона представлена областью,где плотность жидкости изменяется равномерно по горизонтали. - Талсой за-

кон стратификации эддкости использовался в ряда работ, посвя-пенных исследованию генерации внутренних волн в горизонтально неоднородном океане ( Moûers S.N.К. . 1975; Chung W.S. , Wang д. P. , 138i).

В первом параграфа второй главы излагается алгоритм расчета волновых полей, генерируемых внутри и в окрестности фронтальной зоны при распространении через нее внутренней монохроматической волны произвольной моды. Исследования проводятся в рамках обшей линейной теории внутренних волн. Система уравнений движения, описывающая волновые движения яидкости, для плоских гармонических волн сведена к одному уравнению гиперболического типа относительно функции тока:

«о а)

с граничными условиями

ф(хгт)=о, (г)

где N* - частота Вяйсяля-Брента, Мг - ее горизонтальный аналог, (Ï- частота волны, ù)2=f(-f+Vx^) , f - параметр Кориолиса, V - скорость геострофического потока, Н(х)- глубина океана. Вне фронтальной зоны решение представляется в виде суммы мод, а внутри ее решение строится с помощью метода Римана. Учет условий излучения наряду с граничными условиями позволяет получить численный алгоритм решения.

В § 2.2 разработанный алгоритм расчета применяется для анализа волновых полей, возникающих в горизонтально неоднородном океане при распространении приливной внутренней моды. Установлено, что амплитуды генерируемых мод существенно зависят от ширины фронтальной зоны. Так, для линейно изменяющегося профиля рельефа дна аналитически была найдена формула для определения ширины переходной области (L CL0 ), npi которой внутренняя волна проходит фронтальную зону без генерации соседних мод. При этом амплитуды отраженных мод равны нулю. В других случаях за горизонтально неоднородной областью гене-

рируется группа мод с номерами, близким к номеру набегающей. Амплитуды отраженных мод малы и не превышают 2С5? от Û ( ¿2 -амплитуда набегающей волны). Расчеты, проведенные для различных прошлой материкового склона и океанического хребта, пока-

зали, что зависимости амплитуд прошедших за препятст-

вие внутренних волн от ширины области П имеют квазипериодический характер с чередованием локальных максимумов и минимумов. Это свидетельствует о квазарезонансном механизме передачи энергии от баротропного прилива внутренним модам.

Третий параграф второй главы посвящен изучению внутренних волн, генерируемых при распространении баротропного прилива через фронтальную зону в равномерно стратифицированном океане переменной глубины. Набегающая на препятствие -длинная баро-тропная волна моделируется периодическим по времени потоком без вертикального сдвига скорости. В работах \_Baines Р-С-. , 1973, 1962; Sanddrdm f(, 1976 ] показано, что такая замена при длине баротропной волны, во много раз превышаюпюй поперечный размер неоднородной области, заметной погрешности в амплитуды генерируемых волн не вносит. Получены зависимости амплитуд генерируемых мод от параметров стратификации и рельефа дна, а также построены пространственные поля горизонтальной и вертикальной составляющих волновых скоростей. Зависимости амплитуд внутренних мод от ширины фронтальной зоны, как и в случав распространения бароклинного прилива, также имеют квазипериодаческий характер. Однако, здесь амплитуды отраженных от препятствия внутренних мод сравнимы с амплитудами цро-шедших за него ыод. Установлено, что волновые движения повышенной интенсивности могут быть сосредоточены в областях лучевого типа над хребтом или материковым склоном. Наличие горизонтального градиента плотности приводит к заметной дефор-' мации этих областей и изменению значений амплитуд в них.

В третьей главе анализируется генерация внутренних волн в горизонтально неоднородном океане. При этом, в отличие от второй главы, где исследования проводятся для равномерно стратифицированного океана, третья глава посвяшвна рассмотрению более сложных законов стратификации. Это связано с тем, что в ■ большинстве районов Мирового океана фронтальные зоны сосредоточены в верхних слоях, 1де отмечается относительное сгупвние пзсппкп по сравнению с глубоководными слоями. Поэтому в панной главе гидрологическая структура вод представлена непрерыв ным кусочно-линейным профилем плотности. В верхнем более стра

инфицированном слое с постоянным значением частоты Вяйсяля-Брента , существует горизонтальный градиент плотности. В нижнем, менее стратифицированном - частота плавучести Н2 и горизонтальный градиент плотности меньше, чем в верхнем. В области П граница раздела слоев не горизонтальна, а наклонена год некоторым углом, величина которого определяется из заданных вертикальных и горизонтальных параметров изменения плотности. Такая структура плотности по сравнению с используемой во второй.главе, позволяет рассматривать гидрологические ситуации, более близкие к реальным океаническим.

В первом параграфе третьей главы строится численный алгоритм расчета еолновых полей, возможных прз двикении баротроп-ного или бароклинного приливов з районе фронтальной зоны при сложной структуре профиля плотности. Волновые движения идеальной непрерывно стратифицированной жидкости сводятся к двум уравнениям гиперболического типа относительно функций тока.' Вид этих уравнений аналогичен уравнению (I) второй главы, а цля каждого из слоев с различной стратификацией вводится функция тока. На границе раздела слоев требуется совпадение самих функций тока-и их производных. Вне горизонтально неоднородной области из краевой.задачи Шгурма-^иувилля находятся волновые числа и вертикальная структура генерируемых мод. Здесь, как и ранее, решение за пределами фронтальной зоны и неровности дна представляется в виде суперпозиции внутренних мод, амплитуды которых нужно определить. Внутри переходной области П решение строится с использованием метода характеристик. Однако алгоритм построения решения внутри фронтальной зоны при наличии двух стратифицированных слоев сложнее, чем в главе П, где рассматривалась равномер)о стратифицированная жидкость. Это связано с необходимостью срашивания функций тока и их производных на границе раздела слоев. С учетом динамических условий и равенства расходов жидкости на правой и левой границе области П, исходная задача сводится к системе алгебраических уравнений относительно неизвестных амплитуд внутренних волн. При этом используется процедура орто-ганализации на систему собственных функций задача Штурма-Лиу-вилля. Полученная система решается методом Гаусса.

Во втором параграфе третьей главы анализируются амплитуды внутренних волн, генерируемые бароклинным приливом в области матерлкозого склона, океанического хребта или - подводного каньона. Исследуется Блпянар параметров стратификации и рель-офа дна на характеристики волновых полей. Проведенный анализ Показал, что использование сложной структуры поле плотности по вертикали ваано для оценок амплитуд генерируемых внутрен-ш:х волн. Сто ореаде всего связано с тем, что с изменением стратификации как верхнего, гак и нианего слоев меняется структура собственных функций генерируемых мод. Кроме того, увеличение частоты плавучести низшего слоя приводит к уменьшению крутизны характеристических линий волнового уравнения. Это, в свою очередь, при фиксированной крутизне дна вызывает усиленную генерацию высоких мод. Вариант величины горизонтального градиента плотности ворхнего более стратифицированного слоя в диапазоне величин, характерных для условий океана, а также изменение наклона пикноклпна также может правэсти к существенным изменениям амплитуд у генерируемых внутренних волн.

В последнем параграфе третьей главы представлены характеристики внутренних волн, генерируемые при распространении ба-ротропной волны через фронтальную зону. Исследуется влияние -перепада глубин в переходной области, высоты хребта и стратификации на параметры волновых полей. Получено, что' по сравнению с неровностями рельефа дна изолированная фронтальная зона, расположенная в океане постоянной глубины, является относительно слабым источником генерации внутренних приливов. Так, ба-ротропный прилив, распространяющийся в горизонтально однородном по плотности океане переменной глубины, может генерировать внутренние волны с амплитудой в несколько раз цровыпаашй его собственную, а в районе изолированной фронтальной зоны, расположенной над ровным дном, амплитуды генерируемых внутренних волн не превышают амплитуды набегающей баротропной волны. Однако, наличие фронтальной зоны над подводным препятствием может в несколько раз изменить амплитуды генерируемых внутренние волн.

В приложении в рамках двухслойной модели аппроксимации плотности проводится анализ применимости уравнений движения,

дсполъзуб.тас для оцзнг.п аглплптуд генерируемых внутренних приливов. Для широкого диапазона параг.:зтрэв било получено, что лппеГяая часть волновых ускороплй большо нзлппойпол в 10 раз, если рассматривается геиорация внутренних воли прзгллвсл с амплитудой в открытой части океана, не провишаюпза 0,5 м. Ciprina фронтальной зоны при птом больше 100 им, a высота 'подводного препятствия но дожа прокезать половину обшэй глубины океана.

В заключения изложены основные результаты работы, которые можно сформулировать следующим образом:

1. В ралках линейной теории предложены численные г.:етоды расчета волновых ползи, возникающих при набегании плотах внутренних ила длинных барохропных волн на область горизонтального градиента плотности (фронтальную зону), с учетом особенностей рельефа дна. В отличие от известных методик, представленные методы позволяют рассматривать прсизвольныэ профили рольофа дна и сложные распределения поля плотности.по вертикали и горизонтали.

2. Изучен механизм пэредачл снергиа от баротропного прилива бароклинному з районам: областей с горизонтальными неодно-родностями поля плотности. Показано, что такие области, расположенные в открытой части океана над участками ровного дна, являются относительно слабый источниками Енутрэннпх приливов по сравнению с неоднородности.!!! рельефа дна. Однако учет горизонтального градиента плотности может быть существенным в районах подводных хребтов и склонов. Наличие горизонтального градиента плотности над неровностью дна может привести к изменению модового состава генерируемого волнового поля в окрертно-сти подводного препятствия.

3. Проведено исследование распространения бароклинного прилива через область с горизонтальным градиентом поля плотности в океане переменной глубины. Получено, что в диапазоне определяющих параметров стратификации и рельефа дна, характерном для условий океана, амплитуды отраженных волн малы по сравнению с амплитудой набегающей волны. Модовый состав прошедшего волнового поля определяется используемым в модели приближением стратификации. В рамках моделей непрерывно стратифицированной жид-

кости волновое поле формируется в основном группой мод, номера которых близки к номеру набегающей. Усиление горизонтального градиента плотности или крутизны дна приводит к увеличению числа генерируемых мод с заметными амплитуда®.

4. Установлен квазирезонансный механизм передачи энергии

от баротропного или бароклинного прилива внутренним модам. Это выражется в том, что зависимости амплитуд генерируемых мод от ширины горизонтально неоднородной области являются квазиперио-дическиш. Существует такая ширина области, называемая эффективной, при которой внутренние моде фактически генерируются.

5. Выполнен сравнительный анализ амплитуд внутренних волн, генерируемых баротропным приливом в окрестности океанического хребта при двухслойном и непрерывно (плавный пикноклин) вертикальном распределении плотности. Показано, что в задачах о генерации внутренних волн набегающей длинной баротропной волны на неровность дна представление плотности в виде кусочно-постоянной функции монет быть достаточно эффективно использована, если наклон дна далек от критического и наиболее энергоне-сужей модой является первая бароклинная.

6. Для северо-западной части Тропической Атлантики с использованием разработанной методики выполнено теоретическое моделирование генерации полусуточного бароклинного прилива. Получено качественное соответствие результатов численного моделирования бароклинного полусуточного прилива, генерируемого в окрестности Межпассатного противотечения, с натурными данными (23-й рейс ШС "Академик Вернадский"). Показано, что подъем пикноклина -приводит к росту амплитуд внутренних волн.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

1. Сташук Н.М., Черкесов Л.В. Взаимодействие внутренних волн с областью горизонтального градиента плотности. - МГЖ, 1985, й 5. - С. 35-40.

2. Сташук Н.М. Трансформация внутренней волны областью горизонтального градиента плотности, расположенной над участком неровного дна в океане с постоянной чаототой Вяйсяля-Брента. Деп. в ВИНИТИ Ю.П.86 № 764I-B86, 1986. - 27 с.

3. Сташук Н-М. Генерация внутренних волп в горизонтально зоднородном океане распространявшейся внутренней волной. -.: Гидрометеоиздат. Актуальные проблема океанологии. Тезисы экладов на 1-й Всесоюзной школе-семинаре (Ленинград, 2-II аре ля 1937 г.), 1937, с.67.

4. Бабий М.В.,. Сташук H.Ii., Черкесов Л.В., Ярошеня P.A. энерация внутренних волн в районах фронтальных зон. И-й ьезд советских океанологов (Ленинград, 14-19 декабря 1987г.) ззисы докладов, секция физика и химия океана, 1987, с.19.

5. Сташук Н.М., Черкесов Л.В. Взаимодействие внутренних олн с областью горизонтального градиента плотности, распо-зженной над склоном. - МЕГ, 1988, Js 4. - С. 17-24.

6. Сташук Н.М. Генерация внутренних волн баротропным драйвом в окрестности фронтальной зоны в двухслойном океане пе-еменной глубины. - Математическое моделирование волновых роцессов з океане. Деп. в ВИНИТИ 8.03.88 й 6343-В88, 1988.. 118-132.

7. Власенко В.И., Сташук Н.М., Черкесов Л.В. Распростра-ение внутренних волн в гор13онталыю. неоднородном окоано. -репр. АН УССР, Мор. гидролиз, ин-т. - Севастополь,1988.-42с.

8. Сташук Н.М., Черкесов Л.В. Взаимодействие внутренних олн с областью горизонтальной неоднородности поля плотности,, асположенной над хребтом. - MZT, 1989, 5 6. - С. -10-14.

9. Букатов А.Е., Власенко В.И., Сташук Н.М. и др. Поверх-остные и внутренние гравитационные волны в океане. - Киов: аук..думка, 1989. - 844 с.

10. Сташук Н.М. Исследование трансформации внутренних волп риливных периодов фронтальной зоной, расположенной над хреб-ом в верхнем слоо непрерывно стратифицированного океана. -'озисы докладов Ш Всесоюзной школы-семинара "Методы гидрофизп-еских исследований". - Светлогорск, 1989, с. 115.

11. Стааук Н.М., Черкесов Л.В. Генерация внутренних волн [рн взаимодействии баротропного прилива с областью горизонтальной неоднородности поля плотности и рельефа дна. - МГЯ, :990, 2. - с. 3-10.

12. Сташук U.M. ¡Моделирование бароклинного прилива в райо-10 Мекпассатного противотечения в северо-западной части Тро-

Г7

лической Атлантики. - Океанология, 1990, № 30, вып. 2. -С. 204-210.

13 Власенко В.И., Сташук Н.М. О применимости двухслойной модели стратификации жидкости при изучении топографической генерации бароклинных приливов. - МГЕ, 1990, 4,-С. 15-17.

СТАЮТ НАТАЛЬЯ ЖХА&Ш1А

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГОРИЗОНТ ИЛЬНОГО ГРОЗНА ПОЛЯ ПЛОТНОСТИ И РЕЛЬЕФА ДНА НА ГЗНЕРА1ДО ВНУТРЕННИХ ВОЛН ПЙШВНЫХ ПЕРИОДОВ

Автореферат

Подписано в печать .

Формат бумаги 60x30 1/16 Объем I уч.изд.л. Заказ ЗЗС Тираж 100 экз.

Отпечатано на ротапринте Морского гидрофизического института АН УССР

3350С6, Севастополь-5, ул.Ленина. 28