Введение к работе
Актуальность ?.viu. сі океане процесс;! турбулентного яерєігоса-гї/льсз, теплоты и ве;;;есгза «гра or еу^стае'-іну-о :юль .5 „ир.лиро-яни іч-їд'хцлїзїческих л гпдроаыических поле.', распространения зличках подмесей. /величеннь ^.:ом'г^іленяих: и 6jto3jx отходов'при-' діі'г .: увеличению выбросов загоязня них верств в пнибрежные з:с-го;>::и. - связи с этиы возникает .за^зл проїлула прогнозирования л о лов.* аеано.ї концентр';!ц'де.. гех нл/ иных ие-леств а времени их аеатвованпя в различных гндро-'и метеорологических условиях. Эсо ЗчСліяо линь на основе знаки,; закономерностей турбулентности верх-го слоя океана, специфические черта хоторо/: обусловлены наличием -ойокнон поверхности, через хот ору» происходит взаимодействие' с аЮС.;>ероя.
3 полуэмпирических' теориях турбулентности, очень ияроко при-нн-тцихся з океанологических задачах, основныды параметрами лв-огся коэффициенты туобул^нткого обмена. ,:лл -гсгаяозления зззи-глосге:" этих коэффициентов от отеделяхщих ^акторов нужно знать' аэенствуздие механизм генерации турбулентности в том или иной уча е. tcHOBHix'MH пеханий ла-.и генерации турбулентности в верхнє .л се океана являются: гид година -.1.-:4( схая неустойчивость волнозах игтийГ., индуцируемых левеъхяоетна:.^ волны.-". ; едчкг скорости чи-о дрейфового течения, визванныЛ касательно.: напряжением ветра ; руаивзнле поверхностных волн и неустойчивость .селективных двн-ний [ :.1ония, 1Ь70 ] .
Несмотря на больлое количестве работ, .юевядешых *юделироза-ю ієохнєго слоя, пока нет единого мнения у исследователей о личественном вкладе каждого из перечисленных ..;еханиз;.ш в тур-лдзнцяо океана. -і отсутствие обр.уаеянл одяз отда'от предпочтение
нелинейности поверхностных волн Китайгородский, I960, 1961; Беяилов, 1979J , другие - сдвигу скорости течения [/jW/?^,I984J Очень мало информации о турбулентности в слое ветрового волнение при наличии обруливающихся волн. Хотя довольно много исследован бшш направлени на изучение турбулентной диффузии примесей в ок Г Озмидов, 1986; Зац.ядр., 1973 J , недостаточно подробно, рассматривалась мелкомасаггабная часть процесса в диапазоне от деся сантиметров до десяти метров, а то же время сейчас признана ваз ная роль мелкомасштабной турбулентности в формировании и измене гидрофизических структур а океане.
'Таким образом, вышеназванные проблемы остаются еще слабой; ченными, что и определяет актуальность проведенных исследование
Цель работы. Целью настоящей работы является выявление ка1 венных и количественных связей характеристик мелкомасштабной т; булентности с определяющими параметрами, оценка ее влияния на тикальный обмен а припоаерхостном слое океана. С учетом этого ли определены задачи работы:
экспериментальное определение зависимостей коэффициентов булентной диффузии от основных турбулизирующих факторов;
определение вкладов каадого из механизмов генерации турбз ности в формирование турбулентной структуры;
расчет злияния различных типов обрушивающихся поверхносп волн на турбулентный режим ;
оценка влияния сезонной и суточной конвекции на вертикал обмен, определение коэффициентов конвективного обмена и чет глубины проникновения конвективных движений.
Научная новизна и практическая ценность. В зависимости от количественного соотношения различных ме низмов генерации турбулентности рассмотрены отдельно три состо
_ и ~
приповерхностного слоя, для которых предложены методы, позволив определять коэффициенты вертикального турбулентного обмена, длонен оригинальный метод расчета коэффициентов турбулентное і)узии по кривим, оптическом плотности негативов, полученных йодной фотосъемкой .флуоресцирующего красителя. При помощи этого ода получены эмпирические зависимости вертикальных коэч>рицйен-
турбулентной диффузии от параметров волнения. Окспериментзль-обнаружено явление небольшого презыпения вертикальных коэффектов над горизонтальными (около 'ДЮ на начальной стадии рас-странения струи от точечного источника примеси, расположенного .оае-рхности моря при нейтральной стратификации приповерхност-'о слоя. Определена вклади в турбулентный режим (а отсутствие упеняй ) двух механизмов генерации турбулентности - сдвига скоїти дрейфового течения и нелинейности поверхностных волн.
Для расчета характеристик турбулентности, обусловленной об-іиааниєм ветровых волн, предложен метод, основанный на теории >булентных струй. При различных типах обругивающихся волн ис-гьзовэны оазные модели, впервые получено решение задачи о расп-:транении плоской аэрированной струя. Показана существенная роль зу зивээдихся волн в увеличении коэффициентов турбулентного об.ле—
и определена глубина непосредственного псоникновения обруцив-;ся жидкости.
Экспериментально определены коэффициенты вертикального обме-
при сезонной и суточной конвекции. Для зимней конзекции роли-эого типа рассчитана глубина проникновения конвективных струй с этом лаухслойности океана и показано хорошее совпадение с парными данными.
Результаты диссертации могут быть использованы для определе-я вертикальных потоков пассивной примеси (включая потоки тепла, ли и и.лпульез), необходимых для расчетов я прогнозов изменений
терілохалинной структура верхнего слоя океана и распространения загрязняющих веществ. Предложенные методы исследования и получеї ные эмпирические форели дают воздажность вычислить коэффициент вертикального турбулентного обмена при различных состояниях повї ноети океана и а больвом диапазоне изменений величин скорости б< па и высоты поверхностных волн.
Личный вклад азтооа з проведенное исследование.
Автор прини.мал непосредственное участие а планировании и ц ведении экспериментов, анализе и интерпретации полученных резуль тов. 3 совместных публикациях автором осуществлялось формулирова проблем, выводов, написание и редактирование текста. Постановка да задач, их ре пение и анализ прозедены автором самостоятельно.
Апробация рэботы.
Основные результаты работы докладывались на Международной и ле-са.лпозиуме "Динамические системы и турбулентность" (лрым, ла-циэели, І--І г.), на Болгарско-советском симпозиуме до диффузии турбулентности (ЯЛГА, Li8b г.), на <Зсесоюэной конференции "-Сове иенстзозание биопоэитизных конструкциіі морских, берегозащитных ее оружений (Севастополь, itBb г.), на всесоюзных научно-гєхническі конференциях молодых исследователей (Севастополь, іі-^б - ;5;3 г.г, диез, 1^17 г.), на Бассейновой секции Атлантического и. /Індийскої океанов (Севастополь, ХьЗЪ г.), на семинаре, кафедры ризики ..»ря .др/ им. Ломоносова Ыосква, IS&U г.), на Научно-технических сові тах ЗО «ЇЙ Цацивели, ІІ35 - 1ЬЫ г.г.), на научных сешшаозх с дела турбулентности и отдела экспериментальной гидрофизики (Сев; тополь, лациаели, 1Ь34 - Ii'i-J г.г.).
Структура и объем работы.