Моделирование термодинамической структуры квазистационарных океанических фронтов

• Автор: Сычев, Юрий Федорович
• Шифр специальности: 11.00.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1985
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 153 c. : ил

1.2.1 Аналитические модели .

1.2.2 Численные модели .

ГЛАВА П. О РОЛИ ВНУТРЕННИХ ЭКМАНОВСКИХ СЛОЕВ В ДИНАМИКЕ ОКЕАНИЧЕСКИХФРОНТОВ

2.1 Квазигеострофическая модель фронтальной

динамики .

2.2 Возможная роль нелинейности уравнения

состояния

2.3 Экмановские слои в стратифицированной

жидкости .

2.4 Численная реализация модели .

ГЛАВА Ш. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ТРАНСФРОНТАЛЬНОГО ОБМЕНА

3.1 Тепломассообен вследствие двойной
диффузии
3.2 Об одном способе трансфронтального
переноса .
3.3 О параметризации диапикнических потоков
импульса и массы .
ГЛАВА 1У. ВОЗМОЖНЫЕ ПОДХОДЫ К ЧИСЛЕННОМУ МОДЕЛИРОВАНИЮ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ОКЕАНИЧЕСКИХ ФРОНТОВ
4.1 Некоторые модели и их конечноразностная
аппроксимация
4.1.1 Системы уравнений
4.1.2 Граничные условия
4.1.3 Начальные условия
4.1.4 Конечно разностные аппроксимации .
4.2 Численное исследование термодинамической структуры океанических фронтов
4.2.1 Релаксация фронтальных разделов .
4.2.2 Возможные способы достижения квазйстационарного состояния
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Они представляют собой, как правило, выход пикноклина на поверхность и имеют следующие характерные признаки малый угол наклона к горизонту, интенсивное бароклинное струйное течение со значительным циклоническим сдвигом скорости в зоне раздела, хорошо описываемое геострофическим соотношением. Характерным масштабом скорости тогда будет фазовая скорость длинных внутренних волн . Выбранные пространственновременные масштабы требуют априорного знания характера мелко и крупномасштабных процессов для их корректного учета при моделировании фронтальных процессов. В дальнейшем будет применяться не самое удачное, но наиболее распространенное предположение о возможности параметризации эффектов мелкомасштабных движений диффузионными потоками. Задание поля крупномасштабных характеристик будет производиться на основе той или иной конкретной гипотезы о структуре этих характеристик. Наиболее широко применяется довольно упрощенное предположение о том, что образующие раздел водные массы вне фронтальной зоны горизонтально однородны и неподвижны. Основной задачей исследования, таким образом, будет построение модели, воспроизводящей основнне особенности термодинамической структуры плотностных океанических фронтов в заданных пространственновременных масштабах. Ряд характерных черт, присущих рассматриваемому типу фронтов, таких как особенности термохалинной и плотностной структуры, и характеристики бароклинного струйного течения достаточно хорошо исследованы и относительно просто измеряются. Другие, в частности, характеристики трансфронтальной циркуляции, известны в большинстве лишь по косвенным признакам, измерить их крайне сложно, а важность их для фронтальных процессов рассматриваемых масштабов неоспорима. Представляется вполне достоверным, что фронтальные зоны обязаны своим возникновением или существованием действию крупномасштабных деформационных полей, тогда как структура фронтальных разделов в большей степени обуславливается вторичной внутренней циркуляцией, связанной непосредственно с наличием резкого квазистационарного возмущения в поле характеристик. Энергия для вторичной циркуляции, по всей видимости, черпается из разности потенциальной энергии образующих раздел масс, а также из кинетической энергии крупномасштабного движения. Изучение структуры этой циркуляции заслуживает особого внимания, тем более, что, как будет показано ниже, существующие мнения о механизмах, ответственных за ее формирование, и особенностях ее структуры в настоящее время весьма разноречивы. Прежде чем перейти к рассмотрению поставленной задачи необходи мо, очевидно, рассмотреть подходы к е решению, предпринятые другими исследователями. Поскольку фронт, как правило, является границей раздела, то первые попытки воспроизведения его структуры связаны с моделированием поведения двуслойной жидкости, граница между слоями которой выходит на поверхность. Одной из таких моделей является ставшая уже классической нелинейная теория Гольфстрима Г. Стоммела . I Э. У 1. У. Комбинируя 1. Для слоя воды Саргассова моря эта простая теория дает весьма удовлетворительные результаты . Применяя уравнение переноса потенциального вихря и уравнение Бернулли, Чарни расширил эту модель до описания реального течения. Выбирая соответствующим образом эту функцию и задавая глубину поверхности раздела на внешнем крае пограничного слоя, Чарни получил пространственное распределение глубины О и функции расхода для реального участка Гольфстрима. Принцип сохранения потенциального вихря оказался очень удобным для определения формы раздела и поля течений в море конечной глубины. В наиболее общем виде применение этого принципа изложено в. Сформулированная Коанади модель описывает геострофическое приспособление непроницаемого фронта, образованного слоями жидкости с плотностью Р и Р , где малая величина глубина в удалении от раздела более плотностной жидкости Н , менее плотной И 0 рисЛ. Предполагается, что первоначально граница раздела была вертикальной. Рассматривается невязкое приближение к геострофическому равновесию.