Процессы тепло- влагопереноса в приводном слое атмосферы при шторме

• Автор: Бортковский, Роман Семенович
• Шифр специальности: 01.04.12
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1983
• Место защиты: Ленинград
• Количество страниц: 322 c. : ил

Глава I. ПРИПОВЕРХНОСТНЫЕ СЛОИ ВОДЫ И ВОЗДУХА ПРИ СИЛЬНОМ ВЕТРЕ
1.1. Механизмы генерации брызг и пузырьков
1.2. Концентрация и размеры пузырьков в приповерхностном слое океана
1.3. Характеристики поля брызг в приводном слое
Глава 2. СОСТОЯНИЕ ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА
2.1. Экспериментальные данные об обрушении ветровых волн и образовании пены
2.2. Загрязнение воды и состояние
поверхности раздела
Глава 3. ЭНЕРГО- И мАССОПЕРЕНОС В ПРИВОДНОМ СЛОЕ ВОЗДУХА, СОДЕРЖАЩЕМ БРЫЗГИ
3.1. Нетурбулентные механизмы переноса, действующие
у поверхности океана
Термодинамика брызг
3.2. Численное решение уравнений термодинамики
капель
3.3. Перенос тепла и влаги при шторме
3.4. Влияние загрязнения воды на процессы
переноса при шторме
Глава 4. РОЛЬ ШТОРМОВ В МАКРО- И МЕЗОМАСШХАБНЫХ ПРОЦЕССАХ
4.1. Вклад штормов в глобальный энерго
массообмен океана и атмосферы

4.2. Теплоотдача и испарение океана в полосе
движения тропического шторма
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Интерес к изучению термодинамического взаимодействия океана и атмосферы при шторме заметно усилился в последнее десятилетие.
Это связано с выявлением решающей роли тепло- и влагообмена океана и атмосферы в глобальных атмосферных процессах /73/, и с получением предварительных оценок, показавших, что за небольшое время действия шторма океан может дополнительно отдать атмосфере огромные количества тепла и влаги /2/. Расчеты, выполненные с учетом штормового увеличения коэффициентов тепло- и влагообмена поверхности океана, показали /7,30,31/, что в районах, где повторяемость штормов относительно велика, их вклад в средний сезонный и годовой перенос тепла и влаги весьма значителен. Районы высокой повторяемости штормов в основном совпадают с энергоактивными зонами океана, оказывающими на атмосферные процессы наибольшее влияние /73/.
Следовательно, при построении моделей климата и общей циркуляции атмосферы и океана, при решении задач долгосрочных прогнозов погоды необходимо учитывать особенности энергетического взаимодействия океана и атмосферы при сильных и штормовых ветрах. Этим требованием в первую очередь определяется актуальность диссертации, содержащей результаты теоретических и экспериментальных исследований специфических механизмов переноса, действующих в приводном слое воздуха при шторме. В диссертации продемонстрирована также возможность параметризовать действие этих механизмов в рамках обычной для приводного слоя схемы расчета турбулентных потоков /8 ,11, 87/, и выполнены расчеты для ряда конкретных ситуаций.
Уместно напомнить, что еще сравнительно недавно при определении турбулентных потоков над океаном исходили из крайне упрощенных представлений о влиянии характеристик подстилающей поверхно-

процессы образования пузырьков и пены в естественных условиях.
Сопоставление распределения по размерам пузырьков, образующихся при обрушении волн в пресной и в соленой воде, также было выполнено в лабораторных условиях /187/. В первой серии опытов обрушение имитировалось вливанием в бассейн небольшого количества воды (64 см3), падавшей с высоты 51 см. Распределение по размерам (рис.1.9), определенным по фотоснимкам, оказалось для пресной и соленой воды сходным в области В- > 500 мкм - наклон кривых соответствует зависимости В . Однако, в области малых размеров заметны различия - маленьких пузырьков в соленой воде намного больше, чем в пресной. Во второй серии опытов в прямоугольном вытянутом бассейне создавались две движущиеся навстречу друг другу волны с крутыми передними склонами. Их столкновение в центре бассейна сопровождалось всплеском и выбросом вверх облака брызг, которые при падении вовлекали в воду воздух. Надо заметить, что такой процесс имитирует скорее не обрушение ветровых волн, а толчею, лишь изредка наблюдаемую в открытом море. Фотографирование пузырьков на поверхности воды позволило не только получить спектр размеров пузырьков, но и изучить скорость уменьшения площади, покрытой пузырьками, А. . Была получена зависимость:
■К (1.2*)
А=А
где А0 - площадь, покрытая пузырьками сразу после разрушения гребня, А - постоянная времени, составляющая для пресной воды около 2,5 с, а для соленой воды - 3,8 с.
На основании этого результата в/187/ сделан вывод, что при условиях, определяющих образование одинакового числа барашков (в единицу времени на единицу площада) на поверхности океана и большого озера, относительная площадь, занятая барашками, будет боль-