Энергетика синоптических океанских вихрей по данным полигонных исследований

• Автор: Яремчук, М.И.
• Шифр специальности: 01.00.00
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 147 c. : ил

ЭНЕРГЕТИКА СИНОПТИЧЕСКИХ ОКЕАНСКИХ ВИХРЕЙ ПО ДАННЫМ ПОЛИГОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

ГЛАВА I. СОВЕТСКИЕ ПОЛИГОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИНОПТИЧЕСКИХ

ВИХРЕЙ В 1970 и 1977-1978 годах

§1.1. Атлантический гидрофизический эксперимент

Полигон

§ I.E. Эксперимент ПОЛИМОДЕ

§ 1.3. Модель крупномасштабного течения в районе

ПОЛИМОДЕ

Глава II. СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СИНОПТИЧЕСКИХ ТЕЧЕНИЙ ПО

ДАННЫМ П0ЛИГ0НА-70 и ПОЛИМОДЕ

§ E.I: Методика спектрального анализа векторных

процессов
§ Е.Е. Спектральный анализ синоптических течений
на Полигоне
§ Е.З. Эволюция спектральных характеристик синоптических течений на полигоне ПОЛИМОДЕ
Глава III. ЭНЕРГЕТИКА СИНОПТИЧЕСКИХ ВИХРЕЙ НА ПОЛИГОНЕ
ПОЛИМОДЕ
§ 3.1. Основные энергетические соотношения
§ З.Е. Расчет гидрофизических полей на полигоне ПОЛИМОДЕ по данным измерений скорости на
автономных буйковых станциях
§ 3.3. Взаимодействие синоптических вихрей и крупномасштабного течения на полигоне ПОЛИМОДЕ
§ 3.4. Потоки тепла и импульса, связанные с гео-строфической турбулентностью в районе ПОЛИМОДЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

В последние годы изучение синоптической изменчивости океана является одним из наиболее динамично развивающихся направлений океанологии. Открытие советскими учеными в 1970 году синоптических вихрей открытого океана коренным образом изменило наши представления о динамике водной оболочки Земли. Оказалось, что возмущения скорости и других гидрологических характеристик в поле синоптических вихрей в несколько раз превосходят аналогичные величины для крупномасштабных течений, а связанные с синоптическими процессами турбулентные потоки тепла и импульса оказывают, по-видимому, большое влияние на формирование крупномасштабной циркуляции вод Мирового океана, погоды и климата Земли в целом. В силу указанных причин изучение синоптических процессов в океане является сейчас одной из первоочередных задач океанологии.
Настоящая работа посвящена изучению энергетики синоптических вихрей на основе данных инструментальных измерений течений, полученных в ходе двух советских полигонных экспериментов: Полигона-70 и ПОЛЙМОДЕ, которые являются на сегодня наиболее крупными в мировой практике попытками экспериментального исследования синоптической изменчивости открытого океана.
Во введении рассматриваются полученные к настоящему времени результаты теоретических исследований, а также математических экспериментов по изучению синоптических процессов в океане и проводится их сравнение с известными результатами натурных наблюдений.
В первой главе приводится описание экспериментального материала, полученного в ходе полигонных исследований синоптических вихрей в 1970 и 1977-1978 годах и методика его первичной обработки; изучаются также полученные ранее

другими авторами результаты анализа синоптических течений на Полигоне-70. Здесь же предлагается модель крупномасштабного течения в районе эксперимента ПОЛИМОДЕ, используемая далее при исследовании энергетики зарегистрированных в этом районе синоптических вихрей.
Вторая Глава IIосвящена спектральному анализу данных экспериментов Полигон-70 и ПОЛИМОДЕ. Проводится количественная оценка потока энергии к синоптическим вихрям в районе Полигона-70 за счет бароклинной неустойчивости Северного пассатного течения. Делается также попытка проследить за эволюцией во времени спектральных характеристик синоптических течений в районе ПОЛИМОДЕ и дается трактовка полученных результатов, основанная на концепции нестационарносги режима геосгрофиче-ской турбулентности в этом районе, вызванной переменным во времени потоком доступной потенциальной энергии в сторону синоптических масштабов.
В третьей главе изучается эволюция во времени энергетических переходов, возникающих в процессе энергообмена между крупномасштабными и синоптическими движениями в районе ПОЛИМОДЕ. Показывается, что бароклинная неустойчивость крупномасштабного течения является основным источником энергии вихрей; проводится сравнение с результатами спектрального анализа и обработки гидрологических зондирований района. Здесь же оцениваются турбулентные потоки тепла и импульса, а также коэффициенты турбулентного обмена, характерные для района ПОЛИМОДЕ.
В заключении в виде кратких выводов суммируются основные результаты, полученные в ходе работы.

через , нетрудно получить следующие соотношения для модельных автоспектров компонент скорости:
3^> = 2Е0 [
^60)-ЕЕ,
^ 4 (2.10)
(2.II)
где а = —+ Уй'ь + Л°3 » , и лсо3 5 дсО)и
допплеровские сдвиги, обусловленные соответственно зональной и меридианальной компонентами крупномасштабного течения (см.
(1.2 аб). Зависимости (2.10) и (2.II) представлены на рис.2.36 для следующего значения волнового вектора 80-сугочных возмуще-
^ О
ний: к= (2тгМЮк*л% 200°Г .для
сравнения на рис.2.За приводятся авгоспекгры компонент скорости на горизонте 300 м.
Как видим, модельные спектры находятся в неплохом качественном соответствии с аналогичными характеристиками, полученными в ходе эксперимента.
Отметим еще одно необходимое условие линейной природы (отсутствия взаимодействия между составляющими) частотных спектров компонент скорости на синоптических масштабах. Из дисперсионных соотношений для волн Россби непосредственно следует, что для всех со > со* = ^ &ми1Сю>) < Бу* Сю)
( - максимально возможная частота для І
моды). Для первой бароклинной моды в случае Полигона-70 с учетом допплеровского сдвига (1.2) нетрудно получить =
70 суток и Т ЮО суток. Непосредственно видно,что
Ощенку длины волны и направления распространения 80-сугочных колебаний см. ниже.Остальные параметры приводятся в § І.І.