WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 8 | 9 || 11 | 12 |

Корреляция между дивергенцией скорости ветра (divz) и синоптическими возмущениями течений достигает самых высоких значений при синхронности связи в осенний период на станциях Мс1 и Мс3 (rV()=0.72 0.77), зимой – на станции Мс4 (rV()=0.67) и весной на станции Мс6 (rV()=0.67).

Осенью высокие значения корреляции между завихренностью скорости ветра (rotz) и синоптическими возмущениями течений () отмечаются только на станции Мс2 (rV()=0.69). В зимний период высокая корреляция между rotzи отмечается несколько чаще: на станциях Мс3 (rV()=0.66), Мk1 (rV()=0.72), Ма3 (rV()=0.66). Весной высокий уровень связи между rotzи отмечается только на юге Берингова пролива на станции Ма1, где значение максимальной корреляции равно 0.79. Так как на этой станции самые высокие скорости синоптических течений наблюдаются также весной, то можно предположить, что здесь наиболее интенсивные волновые возмущения течений генерируются за счет завихренности поля ветра. В летний период во всех рассматриваемых случаях отсутствует взаимосвязь между низкочастотными волновыми возмущениями течений и завихренностью поля скорости ветра.

Таким образом, результаты нестационарного взаимного корреляционного анализа между синоптическими течениями и разными метеорологическими характеристиками показывают, что энергоснабжение низкочастотных волновых возмущений течений, идентифицируемых нами как топографические волны и внутренние волны Кельвина, осуществляется эпизодически в определенных районах Чукотского моря и Берингова пролива различными составляющими анемобарических сил. Очень большие различия в интенсивности низкочастотных волн в осенне-зимний и весенне-летний периоды года могут свидетельствовать о том, что в эти периоды работают разные механизмы передачи энергии от анемобарических сил к волновым возмущениям в синоптическом диапазоне пространственно-временных масштабов. По-видимому, в осенне-зимний период в Чукотском море, и, весной, в Беринговом проливе, когда отмечается наибольшая интенсивность синоптических течений, создаются благоприятные условия для резонансного механизма передачи энергии. При этом необходимым условием резонанса, как это уже говорилось выше, должно быть равенство фазовых скоростей свободных низкочастотных волн и скоростей перемещения атмосферных циклонов и антициклонов. Такие гидрометеорологические условия действительно отмечались нами в восточном секторе Арктики и описывались в работах (Захарчук и Петушков, 2003; Белоненко и др., 2004). В летний период, по-видимому, осуществляется нерезонансный механизм передачи энергии, когда перемещающиеся над морем анемобарические возмущения выводят систему его вод из равновесного состояния, после чего релаксация этой системы к условиям равновесия происходит в основном в виде свободных топографических волн и бароклинных волн Кельвина.

В шестой главе на примере Балтийского моря анализируются результаты численных экспериментов на гидродинамической модели по оценке сравнительного вклада различных процессов и факторов в формирование полей уровня и течений синоптического масштаба в шельфовых, частично замкнутых морях.

В параграфе 6.1 оцениваются собственные низкочастотные баротропные колебания. Собственные (свободные) колебания в морях, омывающих северо-западное и арктическое побережья России, изучались многими исследователями (например: Вольцингер и Пясковский, 1968; Дубов, 1938; Помыткин, 1977; Hari, 1960; Kowalik 1968, Lisitzin 1974, Wbber and Krauss, 1979; Проект «Моря СССР», 1992; Прошутинский, 1993). В подавляющем большинстве случаев эти колебания идентифицировались авторами, как баротропные инерционно-гравитационные колебания сейшевого типа. Было выявлено, что амплитуды собственных колебаний убывают с возрастанием номера их моды. В открытом море, согласно численным расчетам (Вольцингер и Пясковский 1968), амплитуда сейшевых колебаний всех периодов не превышает 5-10 см.

Анализ результатов теоретических расчетов периодов сейш в Балтийском море показывает, что наибольшими периодами характеризуются одноузловые продольные сейши (T 39…40 ч.), причем колебания системы Западная Балтика – Ботнический залив очень неустойчивые и быстро затухают (Дубов 1938). Согласно инструментальным наблюдениям за уровнем моря, наибольшую повторяемость имеют колебания с периодом 24-28 ч. В течение года одноузловые сейши составляют 9% времени наблюдений, а с несколькими узлами – 7% (Lisitzin 1974). Собственные колебания Балтийского моря значительно видоизменяются под действием силы Кориолиса. Результаты расчетов Краусса (1968), а также гидродинамического моделирования двумерных сейш с учетом вращения Земли (Wbber and Krauss 1979) показали, что под действием силы Кориолиса периоды сейшевых колебаний уменьшаются, если они больше инерционного периода, и увеличиваются, если они меньше его.

Однако во всех перечисленных работах изучение свободных колебаний ограничивалось диапазоном периодов от нескольких часов до 1.7 суток. За рамками исследований оставался синоптический диапазон спектра собственных колебаний Балтийского моря.

Эмпирические спектры колебаний уровня моря и течений указывают на наличие в области низких частот энергонесущих максимумов на периодах от 10 до 30 суток (Проект «Моря СССР», 1992), которые выходят за рамки диапазона Естественного синоптического периода и поэтому не могут быть объяснены только локальными анемобарическими эффектами. Есть основания предполагать, что эти возмущения в динамических полях Балтийского моря могут быть связаны со свободными низкочастотными волнами. В то же время, господствовавшее представление о механизме синоптической изменчивости, нашедшее отражение в монографии (Проект «Моря СССР», 1992), связано с мезомасштабными вихрями.

Для изучения собственных колебаний в синоптическом диапазоне пространственно-временных масштабов и их идентификации было проведено два численных эксперимента. В первом эксперименте при исключении возмущающих сил в начальный момент времени был задан линейный перекос уровня: на юге –50, на севере +50 см. Подобная ситуация неоднократно наблюдалась нами при анализе спутниковых альтиметрических измерений уровня моря вдоль треков пересекающих Балтийское море в квазимеридианальном направлении (Захарчук и Гусев, 2004). Во втором численном эксперименте первые две недели задавались реальные метеорологические условия, отмечавшиеся осенью 1994 г., в виде нескольких идущих друг за другом циклонов. Затем анемобарические силы отключались, и рассчитывались свободные колебания. В обоих численных экспериментах горизонтальный коэффициент вязкости задавался равным нулю, параметр Обухова, равный 3 м/с. На твердых боковых границах задавалось условие непротекания. Речной сток и обмен с Северным морем были отключены. В первом эксперименте расчет проводился в течение 5 месяцев с временным шагом 0,1 часа; во втором - продолжительность счета с временным шагом 0,4 часа составила 1 год.

Анализ результатов обоих численных экспериментов по моделированию собственных низкочастотных колебаний Балтийского моря позволил сделать следующие основные выводы:

1. В синоптическом диапазоне частот свободные колебания уровня, вызванные импульсной линейной денивеляцией уровня или начальными анемобарическими возмущениями, быстро затухают и уже в конце первых 7 - 10 суток полностью исчезают, в то время как свободные колебания течений затухают сравнительно медленнее и отчетливо прослеживаются на всем интервале расчетов.

2. Свободные синоптические возмущения течений идентифицируются как короткие и длинные баротропные топографические волны Россби.

3. Система собственных колебаний Балтийского моря в синоптическом диапазоне частот реагирует избирательно на действие вызвавших их возмущающих сил в зависимости от их структуры и пространственно-временных масштабов. Так, после импульсной линейной денивеляции уровня моря, его приспособление к равновесному состоянию происходит, в основном, в виде коротких топографических волн, в то время как после прохождения серии движущихся на восток циклонов система вод Балтийского моря входит в равновесное состояние в виде коротких и длинных топографических волн и волн Россби.

4. Учет размеров бассейна существенно влияет на пространственно-временные характеристики свободных волн Россби.

В целом, результаты численных экспериментов интерпретируются следующим образом: под действием начального возмущения в море возбуждается стоячая гравитационная волна (сейша) энергия которой под действием нелинейных эффектов (адвективные ускорения), силы Кориолиса, из-за сферичности Земли (-эффект) и топографических эффектов рассеивается, движение становится квазибездивергентным и происходит преимущественно в горизонтальной плоскости; инерционные течения затухают и в дальнейшем движение определяется в основном горизонтально-поперечными градиентно-вихревыми волнами. Сравнивая результаты натурных измерений, численных экспериментов и оценок, полученных по теоретическим дисперсионным соотношениям можно утверждать, что в динамике вод Балтийского моря существенную роль играют свободные градиентно-вихревые баротропные волны, возникающие от начальных возмущений анемобарического происхождения.

В параграфе 6.2 исследуется влияние вращения Земли на формирование синоптических полей уровня и течений. Для этого производилось сравнение полей уровня, течений и их вероятностных характеристик, полученных при решении полной задачи (на – плоскости, с учетом бароклинности, рельефа дна, метеорологических условий, речного стока) и частной задачи, в которой параметр Кориолиса задавался равным нулю (f = 0). Такое допущение приводит к фильтрации синоптических вихрей, градиентно-вихревых волн и волн Кельвина (Ефимов и др., 1985; Каменкович и др, 1987; Белоненко и др., 2004). Таким образом, после исключения влияния вращения Земли на движение вод Балтийского моря, в полях океанологических характеристик остаются только возмущения, связанные с действием модифицированных ветровых течений (поверхностное течение и полный поток направлены вдоль вектора действия ветра) и длинных гравитационных волн, причем, частотная область существования последних из-за принятого допущения не будет ограничиваться слева инерционной частотой. Результаты показали, что условие f = 0 не вносит существенных качественных изменений в картину пространственной изменчивости оценок дисперсии уровня моря. Однако, при этом, количественные изменения оценок дисперсии уровня – значительны. На большей акватории открытой Балтики происходит существенное увеличение интенсивности колебаний уровня и течений, а в сравнительно узких прибрежных зонах и Рижском заливе, наоборот, значительное уменьшение их дисперсии, которое связывается с фильтрацией волн Кельвина и топографических волн. Спектры разностей уровня между двумя экспериментами показывают, что в открытых районах Балтики, где после исключения вклада вращения Земли отмечается только рост дисперсии уровня, самое большое увеличение спектральной плотности происходит в самой низкочастотной области диапазона синоптических колебаний на периодах изменчивости от 1.5 до 3 месяцев. Исключение составляет Рижский залив, где возрастание спектральной плотности синоптических колебаний уровня моря осуществляется на периодах около 6 суток, а также юго-западная часть Балтики, где в спектрах разностей уровня основные энергонесущие максимумы приходятся на высокочастотную область синоптического диапазона, ограниченную периодами изменчивости от 3 до 7 суток.

В прибрежных районах Балтики, где после исключения вклада вращения Земли отмечается уменьшение интенсивности колебаний уровня, существенное снижение оценок спектральной плотности происходит главным образом во всем синоптическом диапазоне частот.

По сравнению со спектрами уровня между спектрами течений в обоих экспериментах отмечаются существенные различия. Полициклический вид спектров течений, полученных в результате решения полной задачи, сменяется при исключении влияния вращения Земли, в основном, на моноциклический, со значительным ростом спектральной плотности в низкочастотной области синоптического диапазона частот, а также в частотной области сезонных колебаний, о чем свидетельствуют спектры разностей течений в обоих экспериментах. Исключение составляет район Ирбенского пролива, где после исключения влияния вращения Земли, значительный рост спектральной плотности произошел не только в низкочастотной области спектра, но также и на периодах изменчивости около 5-7 суток.

Основные энергонесущие максимумы в диапазоне периодов 1.5-3 месяца в спектрах уровня и течений, отмечающиеся при условии f = 0, связываются с динамикой ветровых течений. На основе векторно-алгебраического анализа изменчивости скорости ветра над Балтийским морем показано, что в синоптическом диапазоне масштабов именно диапазон периодов 1.5 – 3 месяца наиболее благоприятен для формирования ветровых течений.

Pages:     | 1 |   ...   | 8 | 9 || 11 | 12 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»