Исследование структуры и динамики термобара в пресных и солоноватых водоемах

• Автор: Демченко, Наталья Юрьевна
• Шифр специальности: 25.00.28
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Калининград
• Количество страниц: 173 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава I. Обзор натурных, лабораторных и численных результатов исследований свойств и роли термобара

1.1. Натурные исследования

1.1.1. Озеро Байкал

1.1.2. Ладожское озеро

1.1.3. Великие Американские озера

1.1.4. Онежское озеро

1.1.5. Термобар, вызванный стоком реки

1.1.6. Балтийское море

1.1.7. Каспийское море

1.1.8. Черное море
1.2. Аналитические модели термобара
1.3. Численные модели гермобара
1.4. Лабораторное моделирование термобара
1.5. Классификация гидрологических фронтов
Выводы к главе
Глава II. Лабораторное исследование структуры термобара и связанной с ним циркуляции в бассейне с наклонным дном
2.1. Процесс выхолаживания над склоном при Т>Тшс1
2.1.0. Методика проведения экспериментов и описание установки
2.1.1. Структура полей течений и температур при выхолаживании с поверхности (Т>Тт<1)
2.1.2. Процесс прогрева над склоном (Т<Ттс1)

2.2. Процесе прогрева над склоном (Т>Ттс1)
2.2.0. Методика экспериментов
2.2.1. Структура полей течений и температур
2.3. Структура полей течений и температуры воды при переходе через температуру максимальной плотности
2.3.0. Методика экспериментов
2.3.1. «Мертвые» эксперименты
2.3.2. Структура полей течений: временная и пространственная динамика подповерхностной струи и вдольсклонового потока
2.3.3. Пространственная и временная структура поля температур при наличии температуры максимальной плотности
2.4. Динамический фронт и его взаимосвязь с Ттсі
2.4.0. Методика экспериментов и описание установки
2.4.1. Поле температур по результатам вертикальных зондирований и поле течений
2.4.2. Анализ горизонтальных профилей
температуры/плотности
2.4.3. Механизм формирования скачка температуры при прохождении через Тт<3
2.4.4. Сравнение скорости фронтальной зоны и 4°С - изотермы
2.5. Исследование структуры термобара при помощи РІУ
метода
2.5.0. Методика экспериментов и описание установки
2.5.1.Детальное описание тонкой структуры термобара
2.6. Скорость термического бара и ее зависимость от стадии его
развития
Выводы по главе II

Глава III. Численное моделирование ситуации «весеннего» термобара
3.1. Описание модели MIKE3-FLOW MODEL
3.2. Структура полей течений и температур в численном аналоге лабораторного лотка при наличии температуры максимальной плотности
3.3. Сравнение результатов, полученных при использовании различных сеток
3.4. Численное моделирование «весеннего» термобара на масштабе реального водоема
Выводы по главе III
Глава IV. Переход температуры воды через Tmd в солоноватых бассейнах
4.1. Гидрологические характеристики солоноватых морей
4.1.1. Балтийское морс
4.1.2. Каспийское море
4.1.3. Черное море
4.2. Возможные регионы в Балтике, благоприятные для возникновения структурного фронта
4.3. Структура полей солености и температуры при переходе воды через температуру максимальной плотности в Балтике на основе анализа среднемноголетних данных
4.4. Структура полей температуры и солености при переходе воды через температуру максимальной плотности в Балтике на основе анализа судовых гидрофизических разрезов
4.5. Анализ данных горизонтальных буксировок при переходе температуры воды через температуру максимальной плотности в
Балтике
Выводы к главе IV
Заключение
Литература . Приложение

морских вод впервые было рассмотрено Витте (Witte, 1902), и в немецкой научной терминологии появился термин «Kabbelung». Этот термин у океанографов не прижился. Затем возникло огромное множество мнений о наиболее правильном произношении этого термина и об этимологии этого слова. Одни утверждали, что слово «cabaling» означает «вовлечение в интригу», то есть две водные массы «объединяются» для формирования более плотной воды. Другие утверждали, что «Kabbelung» следовало англизировать как «cabbeling» и использовать для обозначения процесса перемешивания, как и предполагал Вигге, а не для обозначения процесса возникновения волновой ряби на поверхности моря. И, наконец, Стоммел (Stommel, 1960) окончательно закрепил за термином «cabbeling» процесс уплотнения вод при перемешивании. Это явление наиболее подробно было изучено H. Н. Зубовым (Зубов, 1947; Зубов, 1957) и H. Н. Зубовым и H. Н. Сабининым (Зубов, Сабинин, 1958), и вслед за H. Н. Зубовым - рядом других исследователей (Foster, 1972; Garrett&Horne, 1978). Н. П. Булгаков (Булгаков, 1960) и Фофонов (Fofonoff, 1956) рассмотрели это явление с теоретических позиций. Уплотнение при смешении играет важную роль в циркуляции озер умеренных широт, где в осенний и весенний период при температуре максимальной плотности формируется термический бар, хотя теоретических исследований термического бара выполнено очень немного (Rodgers, 1965, 1968, 1971; Rodgers&Sato, 1970; Elliot, 1971; Huang, 1972; Kay, 1995, 2001).
Основной вопрос, на котором концентрировалось внимание создателей теорий термического бара - от чего и как зависит движение фронта? В работах нескольких авторов (Elliott G. H., 1971; Тихомиров А. И., 1982) был изложен простой балансовый подход, который в дальнейшем с успехом применялся к весеннему прогреву в озёрах.
Поскольку глубоководная холодная часть озера, расположенная перед фронтом термического бара, охвачена вертикальной конвекцией, принимается, что она полностью перемешана по вертикали, а горизонтальный перенос тепла за счет течений и турбулентности незначителен (Зилинтикевич и др., 1987). В этом случае уравнение переноса тепла легко интегрируется (при естественном условии обращения в нуль вертикального потока тепла на дне):
I ОЦ)
Qdt = jcm{Tm-T0)dz о о
и приводит к выражению
°t = (Tm-T0)-D(,x).