Введение к работе
1 ' і
Актуальность темы. По современным представлениям фронтальные зоны в океане - это, с одной стороны, естественные границы, разделяющие водные массы с различным распределением основных характеристик, с другой стороны, области интенсивного обмена между этими воднымя массами. Такой обмен происходит как за счет неадиабатических процессов, так и вследствие адвекции воды, вдоль и поперек фронтальной зоны.
Обычно фронтальные бароклинные разделы неустойчивы, что проявляется в меандрировании и образовании вихрей различных масштабов. Натурные исследования дистанционными и контактными методами показывает тесную связь между степенью искривления фронтальной зоны и направлением и интесивностью трансфронтальных движений, приводящих к локальным изменениям ее структуры, перераспределения гидрофизических характеристик внутри нее и водообмену между отдельными участками фронтальной зоны и окружающими ее водными массами. От крупномасштабных фронтальных разделов отделяются синоптические фронтальные кольца и переносят на значительные расстояния воду с отличными от окружающей характеристиками. По мере их движения происходит перемешивание переносимой вихрями воды с окружающей, и таким образом осуществляется трансфронтальный обмен импульсом, теплом, массой. При этом на продолжительность существования фронтального кольца определенное влияние оказывает Енутривихревая циркуляция, зависящая от направления и скорости вращения воды в вихре, а также от его размеров (т.е. от степени искривления фронтального раздела, образующего кольцо);
Таким образом, исследование зависимости динамики фронтальных разделов от их кривизны может дать ответ на ряд вопросов, связанных с обменом импульсом, теплом, солью в океане. Кроме
чисто научного интереса, изучение закономерностей адвективного переноса через фронтальные разделы необходимо для решения ряда прикладных проблем, касающихся, например, изменения биологической продуктивности во фронтальных зонах или распространения антропогенных загрязнений.
Цели и задачи исследования. Настоящая работа посвящена исследованию физических механизмов.возникновения трансфронтальных движений на кольцевой и меандрирущем бароклинных фронтальных разделах, приводящих к изменения» их структуры, а также экспериментальному исследованию трехмерной структуры циклонического меандра Гольфстрима.
Методы исследования. Для исследования влияния трансфронтальных движений на зводоцко криволинейных фронтов использовались метода численного л аналитического решения уравнений гидродинамики. Экспериментальное исследование фронта Гольфстрима проводилось на основе анализа данных синхронных наблюдений со спутника и корабля.
Научная новизна. Разработаны модели эволюции криволинейных фронтов в полуградиентном приближении. В рамках моделей впервые исследован процесс релаксации фронтальных колец и изменения внутренней структуры ыеандрирупцей фронтальной зоны под действием собственного деформационного поля во вращающемся слое жидкости с непрерывной стратификацией. Проведено экспериментальное исследование циклонического меандра Гольфстрима, в ходе которого показана высокая эффективность использования спутниковой информации при исследовании динамики фронтальной зоны.
На защиту выносятся следующие положения:
-
полуградиентная модель вязкой релаксации фронтальных эсесимметричных колец;
-
пг>л1-"радиентная модель адиабатической эволюции меандри-
- з -рущей бароклинной фронтальной зоны;
3) результаты экспериментального исследования структуры циклонического меандра Гольфстрима.
Практическая ценность. Результаты, полученные в работе, являются основой для дальнейших исследований динамики-фронтальных зон в океане, а также могут быть рекомендованы для решения некоторых задач гидродинамики океана, например, для интерпретации набллденкй за внутритермоклиннымн вихрями и неустойчивыми струйными потоками синоптического масштаба.
Аппробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на коллоквиумах Отдела зкспериментальной и космической океанологии Института океанологии им.П.П.Ширшова, на'II Всесоюзном симпозиуме "Тонкая структура и синоптическая изменчивость морей и океанов" (Таллинн, 1984), на III Республиканской конференции по прикладной гидромеханике (Киев, 1984), на Всесопзной конференции "Проблемы стратифицированных течений" (Саласпилс, 1988), на Всесоюзном семинаре "Океанологические фронты северных морей: характеристики, методы исследований, модели" (Москва, 1989).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ.
Структура и объем диссертации. ..Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 94 страницы машинописного текста и 25 рисунков. Список литературы включает 114 наименования, в том числе 82 зарубежных.