Введение к работе
Актуальность исследования Установление правильных значений параметров вертикального турбулентного переноса в океане давно является одной из важных проблем океанологии. Решение этой задачи необходимо для правильного построения гидродинамических, гидрохимических и гидробиологических моделей океана, словом, для адекватного описания всей океанской экосистемы.
Знание реальных величин интенсивности вертикального турбулентного переноса вещества приобретает особенную значимость при решении таких важных экологических задач, как определение скорости поглощения океаном избыточного атмосферного (7( и прогноз распространения загрязняющих веществ от донных источников типа мест захоронений промышленных отходов. Последней проблеме была косвенно посвящена одна из тем международной экспедиции GEOSECS (1972-1978 гг.), где, в частности, производились измерения радиоактивного трассера Rn-222 в придонном слое глубокого океана, дающие возможность расчета Кг — коэффициента вертикальной турбулентной диффузии, в этой труднодоступной области. К сожалению, полученная совокупность данных не была проанализирована детально в связи с отсутствием гибкого метода обработки данных.
Если рассматривать океан как довольно тонкую, по сравнению с горизонтальными масштабами, оболочку, то оказывается, что ключевыми в глобальном переносе являются так называемые переходные слои с минимальными значениями Кг. При этом перенос через них удобнее описывать интегральной характеристикой: скоростью переноса или обратной величиной — сопротивлением. Такой подход часто используется в задачах физики атмосферы (Prospero, 1978; Безбородое, Еремеев, 1984), а в океанологии применялся в боксовых моделях (Кошляков,1967). Введение интегральных характеристик переноса снимает основной недостаток, присущий использованию традиционной величины Кг: они уже включают в себя соответствующий
масштаб турбулентности. Применение их в практических задачах зачастую более физично, и, в частности, как будет показано в работе, дает возможность построить существенно более качественный, чем прежние, метод анализа данных по радиоактивным трассерам.
Цель и основные задачи работы
Целью данной работы является обоснование применимости величины сопротивления в практических задачах океанологии, связанных с вертикальным турбулентным переносом, и решение с использованием этого подхода ряда конкретных задач.
В связи с этим были поставлены следующие задачи.
-
На основе метода сопротивления разработать физически обоснованный метод анализа данных по Rn-222 в придонном слое океана для расчета параметров вертикального турбулентного массопереноса.
-
Верифицировать разработанный метод анализа на ряде данных экспедиций GEOSECS и CYGNUS.
-
Исследовать равновесную биоседиментацию в океане с использованием метода сопротивления.
-
Исследовать динамику планктонной экосистемы верхнего слоя океана с использованием метода сопротивления.
-
Исследовать степень различия параметров вертикального макропереноса (Kz и сопротивления) для различных компонент морской соли в системе солевых пальцев с учетом термодиффузии.
Научная новизна исследования
-
На основе метода сопротивления создан новый метод анализа данных по радиоактивным трассерам для определения скорости вертикального турбулентного переноса вещества в океане.
-
Метод применен к данным по Rn-222 в придонном слое, полученным в экспедициях GEOSECS и SYGNUS. Полученные результаты позволяют описать расслоение придонной области более детально, чем при использовании ранее применявшихся методов.
4. Исследован физический механизм, приводящий к автоколебаниям в планктонной экосистеме верхнего слоя океана. Показано, что
первопричиной автоколебаний является свойство насыщения функции питания организмов.
5. Показано, что равновесная биомасса верхнего трофического
уровня экосистемы может определяться величиной сопротивления
пикноклина.
-
Исследован конвективно-диффузионный перенос ионов в системе солевых пальцев с учетом термодиффузии. Показано, что различия в молекулярных коэффициентах термодиффузии, также как и концентрационной диффузии приводят к различию эффективных коэффициентов переноса разных ионов всего лишь порядка 1%.
-
Показано что термодпффузия в океане, так же как и концентрационная диффузия, не может привести к существенному фракционированию основного ионного состава.
Практическая ценность
-
Предложенный в работе метод обработки трассерных данных может быть применен ко всей совокупности накопленных данных по Rn-222 в придонном слое океана, а также к данным по Ra-228 в основной толще с целью расчета скорости вертикального турбулентного переноса. Полученные результаты могут быть применены при построении гидродинамических, гидрохимических и экологических моделей океана.
-
Полученные результаты могут лечь в основу прогноза распространения загрязняющих веществ от донных источников.
-
Предложенная в работе схема анализа простой планктонной экосистемы может быть использована при моделировании реальной экосистемы океана.
Аппробация работы
Основные результаты диссертации докладывались на коллоквиумах Лаборатории биогидрохимии, на объединенном семинаре Отдела крупномасштабного взаимодействия океана и атмосферы и Лаборатории морской турбулентности, на IV Всесоюзной научно-технической конференции "Вклад молодых ученых и специалистов в решение со-
временных проблем океанологии и гидробиологии" (1989 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ, из них 4 без соавторов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, приложения, списка литературы. Работа содержит 102 страницы машинописного текста, 38 рисунков, 24 таблицы. Список литературы включает 74 наименования.
Похожие диссертации на Метод сопротивления в задачах вертикального турбулентного переноса вещества в океане
