WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 9 | 10 || 12 |

В параграфе 6.3 оценивается влияние совместного эффекта сферичности и вращения Земли ( – эффект) на формирование синоптических полей уровня и течений. С этой целью было проведено 2 численных эксперимента. Оба эксперимента строились с учетом бароклинности моря, рельефа дна и внешних возмущающих сил. В уравнениях движения отключались адвективные ускорения. Различия экспериментов заключались лишь в том, что в 1-м из них учитывалась переменность параметра Кориолиса с широтой в приближении - плоскости, а во втором – расчеты проводились при постоянном значении этого параметра, что приводит к фильтрации волн Россби. В обоих экспериментах моделирование полей уровня и течений производилось для 1994 года, при продолжительности расчетов 1 год. Анализ результатов сравнения численных экспериментов показал, что вклад -эффекта в формирование синоптических полей уровня Балтийского моря близок к стационарному и не превышает 5-6%, ограничиваясь, главным образом, диапазоном периодов 47 – 59 суток, в то время как его вклад в формирование синоптических полей течений существенно нестационарен, может варьировать в зависимости от сезона года от 5 до 30%, приближаясь на более коротких временных отрезках к 100%, проявляется в большинстве регионов в диапазоне периодов 2 - 4 суток и только в отдельных районах южной части моря распространяется на более низкочастотную область спектра. Выявлено, что в поле течений за счет -эффекта могут формироваться довольно интенсивные импульсные возмущения, практически не проявляющиеся в колебаниях уровня и идентифицируемые, как солитоны Россби или быстро затухающая мода бароклинных поступательно-стоячих волн Россби. Анализ гидрометеорологических условий, сложившихся в период формирования за счет -эффекта интенсивных импульсных возмущений, позволил предположить следующий механизм их генерации. Сильные ветры восточных и юго-восточных румбов, вызванные глубоким циклоном, привели к формированию поля интенсивных ветровых течений и сгонно-нагонных колебаний уровня Балтийского моря. После прохождения циклона система вод Балтийского моря стала входить в равновесное состояние в виде различных мод низкочастотных колебаний. При этом условия зимней стратификации были благоприятными именно для того, чтобы генерировались или солитоны Россби, или быстро затухающая мода бароклинных поступательно-стоячих волн Россби, свойственная замкнутым бассейнам, которые проявлялись, главным образом, в значительной изменчивости поля течений и практически не отражались в колебаниях уровня.

В параграфе 6.4 оценивается влияние рельефа дна Балтийского моря на формирование синоптических полей уровня и течений. При взаимодействии крупномасштабных океанских течений с неоднородностями рельефа дна происходит значительная диссипация их энергии, которая проявляется в меандрировании квазипостоянных течений и генерации разномасштабных турбулентных потоков, от квазистационарных крупномасштабных вихревых образований планетарного масштаба до короткоживущих микровихрей, реализующих вязкую диссипацию энергии.

В синоптическом диапазоне частот над неоднородностями дна могут образовываться стационарные и свободные топографические вихри, типа «столбов Тэйлора» и «конусов Тэйлора-Хога» (Козлов, 1983). Градиенты глубины океана работают также в качестве волнообразующего механизма при генерации топографических волн, которые относятся к классу градиентно-вихревых волн (Ефимов и др., 1985; Белоненко и др., 2004).

Для оценки влияния донной топографии на динамику вод Балтийского моря в синоптическом диапазоне пространственно-временных масштабов 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 глубина моря задавалась постоянной Н = 48 м (средняя глубина Балтийского моря). Условие Н = const в синоптическом диапазоне пространственно-временных масштабов приводит к фильтрации топографических эффектов, связанных с воздействием топографических вихрей и волн.

Результаты сравнения численных экспериментов показали, что наибольшее увеличение дисперсии уровня при исключении влияния рельефа дна отмечается в проливе Каттегат и, в меньшей степени, на севере Ботнического моря. Этот результат показывает, что именно в этих регионах Балтийского моря происходит наибольшая диссипация энергии низкочастотных колебаний уровня за счет донной топографии. Самое большое уменьшение дисперсии колебаний уровня моря отмечается в Датских проливах, Рижском заливе, на севере Центральной Балтики и на самом севере Ботнического залива. Предполагается, что в этих районах моря генерируются топографические вихри и моды топографических волн, которые наиболее хорошо проявляются в колебаниях уровня моря синоптического масштаба.

В отличие от уровня в поле дисперсии течений при постоянной глубине моря на большей акватории Балтики (исключение составляет юго-западная часть моря) исчезают более мелкомасштабные неоднородности. Наибольшее увеличение дисперсии течений при исключении влияния рельефа дна отмечается в проливе Каттегат, юго-западной части моря и очень небольших по площади акваториях на северо-востоке Рижского залива (залив Пярну-Лахт), в проливе Муху-Вяйн, самой восточной части Финского залива, а также самой северной части Ботнического залива. То есть в этих районах Балтики происходит наибольшая диссипация энергии низкочастотных возмущений течений за счет неоднородностей рельефа дна.

Самые большие уменьшения дисперсии низкочастотных возмущений течений при реализации условия постоянной глубины моря отмечаются в мелководном регионе центральной части Ботнического залива в районе острова Вальгрунд, на восточном побережье Польши, в локализованных районах восточного побережья Центральной Балтики, восточной части побережья Рижского залива, восточной и северо-западной частях побережья Ботнического залива, отдельных районах северо-западного и южного побережий Финского залива. По-видимому, именно эти регионы Балтийского моря наиболее благоприятны для генерации топографических волн и вихрей.

Спектры остаточных рядов уровня показывают, что практически на всей акватории моря наибольший вклад изменчивости донной топографии в формирование синоптических колебаний уровня проявляется в самой низкочастотной области их диапазона на периодах нескольких месяцев. И только в юго-западной части моря отмечается заметный вклад топографических эффектов на периодах изменчивости в несколько суток. Так как изменения глубины работают в качестве волнообразующего механизма при генерации топографических вихрей и волн, можно предположить, что значимые пики спектральной плотности в остаточных рядах уровня свидетельствуют о том, что именно в этих частотных диапазонах происходит генерация тех мод топографических волн, которые наиболее хорошо проявляются в колебаниях уровня.

По сравнению со спектрами уровня в спектрах течений, рассчитанных для условий переменной и постоянной глубины моря отмечается намного больше энергонесущих максимумов во всем диапазоне синоптических частот. Спектры остаточных рядов течений показывают, что, в отличие от уровня, наибольшее влияние донной топографии на динамику вод Балтийского моря в синоптическом диапазоне пространственно-временных масштабов проявляется в большинстве его регионов в диапазоне периодов 6 - 12 суток. Исключение составляет юго-западная часть Балтики, где наибольшее влияние донной топографии на формирование низкочастотных возмущений течений отмечается на периодах изменчивости несколько месяцев.

В параграфе 6.5 на примере Балтийского моря оценивается влияние бароклинности на формирование синоптических полей уровня и течений в шельфовых, частично замкнутых морях. Наличие стратификации в океане способствует генерации в синоптическом диапазоне пространственно-временных масштабов различных мод внутренних низкочастотных волн двух классов: бароклинных градиентно-вихревых волн, типа топографических волн Россби и фронтально-сдвиговых, а также внутренних волн Кельвина, которые относятся к классу гравитационных волн (Тареев, 1974; Ле Блон и Майсек, 1984; Педлоски, 1984; Ефимов и др., 1985; Белоненко и др., 2004). С бароклинной неустойчивостью в океане связан один из механизмов генерации синоптических вихрей (Каменкович и др., 1987). Кроме того, за счет подавления вертикальных движений устойчивая стратификация существенно влияет на диссипацию энергии разномасштабных движений в океанах и морях.

Для оценки влияния бароклинности на динамику вод Балтийского моря в синоптическом диапазоне масштабов, нами с помощью гидродинамической модели, рассчитывались поля уровня, течений и их вероятностные характеристики с учетом и без учета стратификации моря.

Результаты показали, что в проливе Каттегат при исключении стратификации на порядок увеличивается дисперсия низкочастотных колебаний уровня моря. Намного менее значительное (до 10 – 50%) увеличение дисперсии уровня отмечается также в Датских проливах и на самом севере Ботнического залива. Таким образом, именно в этих районах Балтийского моря бароклинность оказывает наибольшее влияние на диссипацию энергии низкочастотных колебаний уровня. На большей акватории Балтики, наоборот, наблюдается уменьшение интенсивности колебаний уровня при исключении стратификации. Наибольшее уменьшение дисперсии уровня (до 80 – 90%) отмечается на севере центральной Балтики и на юго-востоке Ботнического моря. По-видимому, именно эти регионы наиболее благоприятны для генерации бароклинных мод низкочастотных волн и синоптических вихрей, влияние которых в большей степени проявляется в колебаниях уровня.

В отличие от уровня, на большей площади Балтийского моря при исключении влияния стратификации происходит не уменьшение, а увеличение интенсивности течений, говорящее о том, что бароклинность в определенной мере оказывает влияние на диссипацию синоптических течений. В большинстве регионов это увеличение небольшое и не превышает 5 – 10%, и только на севере Ботнического залива, восточной части Финского залива и существенно локализованных районах Рижского залива и юго-восточной части моря при исключении бароклинных условий наблюдается увеличение дисперсии течений до 20 – 30%.

Небольшое уменьшение (до 5 – 10%) дисперсии течений при исключении стратификации отмечается в сравнительно ограниченных по пространству районах юго-западной части Балтийского моря, в Готландской впадине и на юге Гданьского залива. Эти районы могут быть наиболее благоприятны для генерации различных мод бароклинных низкочастотных волн и синоптических вихрей, влияние которых проявляется в изменчивости течений.

Спектры низкочастотных колебаний уровня для бароклинных и баротропных условий очень значительно отличаются. В стратифицированной среде на большей акватории Балтики преобладает только один энергонесущий максимум на периодах около 50 – 90 суток и только в юго-западной части моря помимо этого пика спектральной плотности появляются заметные энергонесущие максимумы на периодах около 7 и 22 суток.

При баротропных условиях спектры низкочастотных колебаний уровня приобретают многопиковую структуру, которая наиболее выражена на севере Ботнического залива и в центральной и юго-западной части Балтийского моря. Этот результат свидетельствует, что при баротропных условиях энергетические вклады колебаний уровня существенны во всем синоптическом диапазоне частот.

Спектры среднесуточных рядов остаточных значений уровня моря (из рядов уровня, рассчитанных при бароклинных условиях, вычитались ряды уровня, рассчитанные при баротропных условиях) показывают, что уменьшение дисперсии синоптических колебаний уровня при исключении влияния стратификации на большей акватории Балтийского моря происходит на периодах изменчивости в несколько месяцев и только в юго-западной части моря, Рижском заливе и на севере Ботнического залива это уменьшение заметно, также в более высокочастотной области синоптического диапазона.

В отличие от спектров низкочастотных колебаний уровня моря в спектрах и бароклинных и баротропных возмущений течений отмечается многопиковая структура, которая наиболее значительно выражена в Ботническом заливе и на севере центральной Балтики.

Спектры остаточных рядов течений показывают, что, в отличие от уровня, наибольшее влияние стратификации на динамику вод Балтийского моря в синоптическом диапазоне пространственно-временных масштабов проявляется в большинстве его регионов в диапазоне периодов от 2.5 до 12 суток. Таким образом, именно в этом диапазоне периодов происходит диссипация энергии синоптических возмущений течений из-за влияния стратификации.

В параграфе 6.6 оценивается вклад нелинейных эффектов, связанных с адвекцией количества движения, в формирование синоптических полей уровня и течений Балтийского моря. За счет влияния адвекции количества движения в океанах и морях осуществляются нелинейные взаимодействия между процессами разных пространственно-временных масштабов, которые проявляются в передаче энергии от крупномасштабных движений вод в более высокочастотную область их спектра (каскадный механизм передачи энергии (Монин и Озмидов, 1981). В низкочастотной области спектра подобное перераспределение энергии может быть связано с гидродинамической неустойчивостью крупномасштабных течений, которая нередко сопровождается генерацией различных видов градиентно-вихревых волн или синоптических вихрей (Тареев, 1974; Козлов, 1983; Ефимов и др., 1985; Каменкович и др., 1987; Коротаев, 1988). Потоки энергии в более высокочастотную область спектра крупномасштабных движений могут быть связаны также с динамической неустойчивостью самих низкочастотных волновых возмущений, которая сопровождается генерацией турбулентных потоков в широком диапазоне пространственно-временных масштабов. Возможен и обратный механизм, когда энергия передается от мелкомасштабных возмущений к крупномасштабным и среднему движению вод (эффект отрицательной вязкости (Старр, 1971)). С адвекцией количества движения связан также волнообразующий механизм для одного вида градиентно-вихревых волн – сдвиговых (Белоненко и др., 2004), а также образование обертонов энергонесущих колебаний и различные остаточные эффекты в движении морских вод.

Pages:     | 1 |   ...   | 9 | 10 || 12 |






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