Моделирование процессов тепло- и массопереноса, идущих под шельфовым ледником и на его границе

• Автор: Сергиенко, Ольга Владимировна
• Шифр специальности: 05.13.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 118 с.

Содержание
Обозначения
Индексы
Сокращения
Введение
Г лава 1. Процессы тепло- и массопереноса в полости шельфового ледника
1.1. Модели течений
1.2. Постановка задачи
1.3. Граничные условия
1.3.1. Граничные условия для температуры
1.3.2. Граничные условия для солености
1.3.3. Геометрия задачи
1.4. Начальные условия
1.5. Обсуждение результатов
1.5.1. Термохалинная циркуляция
1.5.2. Фазовый переход на границе лед - морская вода
1.5.3. Влияние наклона шельфа к земле
1.5.4. Изменение температуры у свободной границы шельфовой полости
1.6. Режимы циркуляции морской воды в полости шельфового ледника
1.6.1 .Условие возникновения конвекции
1.6.2 Обсуждение результатов
1.7. Выводы
Глава 2. Образование внутриводного льда в морской воде
2.1. Постановка задачи
2.2. Граничные и начальные условия
2.3. Обсуждение результатов
2.4. Массовый баланс льда шельфового ледника
2.5. Оценка баланса массы льда под шельфовым ледником
2.6. Выводы
Глава 3. Температурное поле шельфового ледника в окрестности скважины, пробуренной горячей водой
3.1. Постановка задачи
3.2. Математическая модель и алгоритм решения задачи
3.3. Метод решения
3.4. Обсуждение результатов

3.5. Выводы
Глава 4. Численная методика решения задачи тепло- и массопереноса в шельфовой
полости
4.1. Разностная сетка, аппроксимация уравнений, условие устойчивости
схемы
4.2. Выводы
Заключение
Литература

ОБОЗНАЧЕНИЯ
у - горизонтальная координата, км; а - вертикальная координата, м; г - радиальная координата, м;
/ - время, с;
V - скорость, м/с
и, V, м> - продольная, горизонтальная и вертикальная составляющие скорости, м/с; Рк - константа, связанная с силой Кориолиса, с"1; р - давление, Па;
g - ускорение свободного падения, м/с2; р - плотность, кг/м3;
Т - температура, °С;
5 - соленость, %о;
Ь - скрытая теплота плавления, Дж/кг;
Ії - скорость фазового перехода, м/год;
Срч/, ср - теплоемкость морской воды и льда, Дж/(кг-°С);
Н - толщина шельфа, м;
к - коэффициент термальной диффузионности льда, м2/с;
Ръ Ру/ - плотность льда и воды, кг/м3;
Тв, 5е - граничные значения температуры и солености, °С, %о;
Г'1', />"' - температура и соленость морской воды °С, %о;
Т'я - температура поверхности льда, °С;
дТ/дг - вертикальный градиент температуры, °С/м;
дБ/дг вертикальный градиент солености, %о/м;
дТ/дг| , дБ/дгв - градиенты температуры и солености на границе лед - вода;
/ - толщина слоя жидкости, м;
У7 - функция тока, м2/с;
А]ъ Ау - горизонтальная и вертикальная составляющие вязкости;
Кь Ку - горизонтальный и вертикальный коэффициенты турбулентной диффузии; Я,2- границы рассматриваемой области;
Я0 - диаметр отверстия;

температуры возрастает область, в которой происходит растворение нижней границы шельфа. Граница этой зоны смещается ближе к краю шельфа, для ИГ=0,01 °С/год она находится на расстоянии 460 км от линии налегания. С уменьшением температуры на /1Г=-0,01°С/год положение границы смещается в глубь полости и соответствует 390 км. Изменение величины скорости фазового перехода по сравнению с условием ЛТ= 0, в целом, больше для случая потепления, чем похолодания. На рис. 1.15 представлены отклонения скорости абляции аккумуляции от расчета АТ=0. Графики не симметричны относительно линии Д/г = 0. Это объясняется следующим образом, для случая роста температуры запас тепла, который доступен для фазового перехода, больше, по сравнению с ее снижением. С уменьшением температуры разность между равновесной температурой на границе шельфа и температурой воды в полости становиться меньше, а значит уменьшается поток из воды в лед, как следствие уменьшается скорость абляции/аккумуляции нижней границы шельфа.
Максимальное изменение скорости растворения наблюдается у линии налегания, для ДГ=±0,01°С/год эта величина составляет 16 см/год, для ЛГ 0,001°С/год -1,72см/год, Д7’=-0.001°С/год - 1,56 см/год. Изменение скорости фазового перехода для ЭГ=0,01°С/год, в среднем, составляет 6,5 см/год, для ДГ=-0.01°С/год - 4,5 см/год. Для ПГ=±0,001°С/год отличие не превышает 0,5 см/год. Т.е. для небольших вариаций температуры время измерения положения нижней поверхности шельфа должно быть более продолжительным.
Также были проведены расчеты для случаев, когда изменение температуры у свободной границы шельфовой полости происходило не во всей толще воды, а до некоторой глубины. Естественно, чем больше область изменения температуры, тем более заметны отклонения температуры и скорости фазового перехода. Если вариация температуры происходит до глубины 200 м от края шельфа, то скорость растворения/намерзания практически не отличается от случая неизменяющейся температуры. Если изменения происходят в области, нижняя граница которой приблизительно совпадает с уровнем изменения направления потока (600 м), то температура также слабо отличается от случая АТ=0. При распространении вариаций температуры на большую глубину отклик на нижней границе шельфового ледника становится более заметным. Таким образом, можно сделать вывод о том, что если наблюдается изменение в поведении скорости абляции/аккумуляции нижней поверхности шельфового ледника, то изменение температуры окружающего океана происходят на глубине более 600 м.