WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Рис.2.Трехмерная структура отдельной теплой соленой интрузии, распространяющейся из области основной струи АВ в сторону материкового шельфа на глубине 300-320 м (CTD съемка 2002 г.) Изопикническое осреднение информации, полученной на ПБС, показало, что области с наименьшими значениями чисел Ричардсона (как критерия зон наиболее вероятного формирования мелкомасштабной турбулентности) приурочены к верхней высокоградиентной границе теплых соленых интрузий. Характерное бимодальное распределение модуля мелкомасштабной составляющей горизонтальной скорости, подтверждает результаты лабораторных экспериментов по исследованию тонкой динамической структуры. Значения интрузионных составляющих скорости составляет от 3 до 6 мм/с (рис.3).

В третьем параграфе обсуждается вклад процессов дифференциально-диффузионного обмена в формирование горизонтальной изменчивости характеристик термохалинных интрузий с точки зрения существующих представлений. Показано, что существует несоответствие между наблюдаемыми пространственными вариациями характеристик и теоретическими представлениями, что объясняется достаточно грубым представлением процессов вертикального обмена на границах интрузий и связанного с ним результирующего потока плавучести в ряде исследований. Указана необходимость использования более сложной формы аппроксимации вертикальных обменных процессов для объяснения стационарности наблюдаемых интрузионных структур.

Рис. 3. Профили средних значений модуля аномалии скорости течения, среднего значения модуля сдвига скорости и чисел Ричардсона, изопикнически осредненных за годовой период измерений на ПБС Глава 4. Влияние интрузионных структур на особенности тепло- и солеобмена атлантических вод в северной части моря Лаптевых В четвертой заключительной главе диссертационной работы, анализируются результаты расчетов интенсивности переноса тепла и соли на вертикальных границах термохалинных интрузий В первом параграфе обсуждаются основные особенности параметризаций обменных процессов в режиме дифференциальнодиффузионной неустойчивости и их зависимость от величины вертикального плотностного соотношения.

Второй параграф посвящен анализу особенностей режимов дифференциально-диффузионной неустойчивости в северной части моря Лаптевых в области ядра АВ и на их верхней границе. Получены распределения повторяемости различных значений вертикального плотностного соотношения на вертикальных границах выделенных интрузий за годовой период наблюдений и показано, что режим послойной конвекции является доминирующим типом стратификации на верхней границе атлантических вод как в области высокоградиентных прослоек, так и в слоях.

В третьем параграфе рассматриваются два подхода к исследованию наблюдаемого устойчивого состояния термохалинных интрузий в северной части моря Лаптевых: изопикничный и диапикничный.

Для рассмотрения изопикнического сценария устойчивого состояния интрузий применен метод разделения потоков на вертикальных границах интрузий, связанных с существованием механизма дифференциальнодиффузионной неустойчивости с одной стороны и фоновой турбулентностью, возникающей за счет действия других факторов.

Получен вид эмпирической зависимости интенсивности фоновой турбулентности от значений потоков массы в режиме дифференциальнодиффузионной неустойчивости на вертикальных границах интрузий в виде:

dd dd K - K z z 1 t (1) K = z z 1 где: индекс 1 и 2 относятся к верхней и нижней границе теплой соленой dd K интрузии соответственно; - коэффициент вертикального обмена z - массой в режиме послойной конвекции или солевых пальцев;

вертикальный градиент потенциальной плотности на границах интрузии.

Учитывая, что основной перенос происходит в области высокоградиентной прослойки интрузии, уравнение (1) может быть преобразовано к зависимости от интенсивности обмена теплом или солью в дифференциально-диффузионном режиме в прослойке в виде:

(2) R RF +t dd K = -KT RF R + или RF + (3) t dd K = -K S R + где: RF – вертикальное потоковое соотношение; R – вертикальное плотностное соотношение.

В качестве исходных параметризаций для Kdd в уравнениях (1-3) были использованы параметризация Шмидта (1981, 1988) для режима солевых пальцев и параметризации Федорова (1986) и Келли (1984, 1990) для режима послойной конвекции. Для оценки интенсивности передачи тепла и соли в режиме изопикнического расслоения были использованы результаты ежесуточных наблюдений на ПБС. Было определено, что параметризация Федорова дает в 2-3 раза более высокие потоки тепла и соли, чем параметризация послойной конвекции, предложенная Келли.

Сравнение результирующих потоков с оценками, полученными из анализа характерных масштабов горизонтальной изменчивости температуры внутри отдельных интрузий и характерной скорости интрузионных движений, показало, что параметризация Федорова имеет тенденцию переоценивать вертикальные потоки, как тепла, так и соли внутри интрузий.

Анализ устойчивого состояния интрузионных структур по сценарию диапикнического расслоения выполнялся с привлечением пространственных данных CTD зондирований. По аналогии с изопикническим сценарием была получена зависимость интенсивности фоновой турбулентности от значения плотностного соотношения вдоль интрузии в кроссфронтальном направлении и суммарных дифференциально-диффузионных потоков тепла и соли на вертикальных границах интрузии:

S Rl - T t (4) K = T T S S ( - ) - ( - ) Rl z z z z 1 2 1 S S T T DD DD DD DD S = KS - T = KT - KS KT где z z 1 2 z z 1 результирующие потоки тепла и внутри отдельной интрузии за T счет механизмов дифференциальной диффузии, Rl = l - величина S l горизонтального плотностного соотношении вдоль интрузии в кроссфронтальном направлении.

Принимая во внимание, что основной перенос тепла и соли происходит через высокоградиентную прослойку интрузии, уравнение (4) преобразуется к виду:

Rl 1RF t dd (5) K = -KT R Rl - R или RF - Rl t dd K = -K (6) S Rl - R На рис.4 представлены результаты вычисленной интенсивности вертикального переноса тепла на границах интрузионных образований в зависимости от задаваемых значений плотностного соотношения вдоль интрузий.

Рис. 4. Осредненные за год вертикальные потоки тепла на границах интрузий на ПБС при Rl = -1 (а), а также при использовании реальных значений Rl по данным CTD-съемок (б) В случае применения изопикнического сценария интрузионного расслоения (рис.4а), результирующие потоки тепла через высокоградиентные прослойки оказываются выше, чем при рассмотрении диапикнического сценария развития интрузионного процесса. Так, применение реально измеряемых значений вдольинтрузионного плотностного соотношения по результатам CTD-съемок в 2002-2004 гг.

показало, что учет неизопикничности интрузионного процесса уменьшает величину потоков в среднем на 30-40% на верхней границе ядра АВ и на 80-90% в центральной части ядра (рис.4б).

В четвертом параграфе главы обсуждаются вопросы, связанные с верификацией значений фонового вертикального турбулентного обмена теплом и солью. При этом определено, что интенсивность вертикального турбулентного обмена за счет неустойчивости свободных внутренних волн существенно меньше необходимой для поддержания устойчивого состояния термохалинных интрузий (в рамках существующих представлений об интенсивности вертикального обмена в режиме послойной конвекции).

Получены доказательства сопряженности тонкой термохалинной и динамической структуры в интрузионных слоях. Показано соответствие между скоростями диссипации энергии турбулентности, оцененными из уравнения баланса энергии развитой турбулентности, и полученной через характерные значения вертикальных сдвигов скоростей течения в области высокоградиентной прослойки интрузии.

Выполнено сравнение измеренных и рассчитанных скоростей внутри теплых соленых интрузий. При этом установлено, что максимальное соответствие достигается при задании значений горизонтального градиента температуры поперек фронтальной зоны в 1.5°-2.0°/100 км.

Такой перепад температур примерно соответствует разнице между температурой ядра АВ в районе северней Шпицбергена - Земли Франца Иосифа и температурой на периферии струи АВ в северной части моря Лаптевых. Это обстоятельство свидетельствует о том, что по мере своего развития на границе фронтального раздела, термохалинные интрузии переносятся вместе с основной струей АВ вдоль материкового склона от пролива Фрама в восточную часть бассейнов Нансена и Амундсена.

В связи с тем, что интрузии являются процессом подсеточного масштаба для существующих гидродинамических моделей океана, в заключении параграфа отдельно рассмотрен эффект горизонтального обмена, который осуществляется направленным переносом тепла и соли в интрузионных прослойках поперек линии фронта. Использование модели Джойса (1977), которая описывает связь между коэффициентом крупномасштабного горизонтального обмена и параметры мезомасштабных стационарных интрузионных структур в виде:

~ V (7) KT z T H K = T T x позволило получить характерное значение коэффициента горизонтального обмена в 420 м2/с. Применение полученных характерных оценок вертикального и горизонтального обмена в интрузиях позволило оценить их вклад в общую отдачу тепла от слоя АВ в окружающее пространство.

Было определено, что потери тепла на боковых границах АВ оказывается более чем на порядок выше, потерь тепла в области верхнего термоклина.

При этом отмечается, что в конечном счете все тепло, участвующее в горизонтальном обмене, в конечном итоге передается в вышележащие слои воды, например, при выходе интрузий в район материкового склона и последующего их разрушения за счет динамических факторов.

Основные выводы исследования 1. На основании регулярных CTD наблюдений и ежесуточных профилей температуры, солености и скоростей течения, полученных на притопленной буйковой станции, выполнена систематизация термохалинных интрузий в северной части моря Лаптевых.

2. Анализ профилей температуры и солености на близлежащих океанографических станциях и последовательных профилях ПБС позволил выделить элементы тонкой вертикальной структуры, относящиеся к идентичным интрузиям. Определены основные закономерности изменения термохалинных характеристик выделенных интрузий в пространстве.

3. Показано, что по мере распространения термохалинных интрузий от ядра атлантических вод в сторону материкового склона или в сторону открытой части бассейна, интрузии поднимаются относительно горизонтальной поверхности. При этом потеря тепла превышает потерю солей, за счет чего интрузии становятся более плотными и заглубляются относительно поверхностей равной потенциальной плотности.

4. Установлена квазистационарность режима интрузионного расслоения в течение трехлетнего периода наблюдений в глубоководной части моря Лаптевых.

5. На основании положения о квазистационарности режима термохалинных интрузий получено соотношение, связывающее интенсивность фонового вертикального турбулентного обмена теплом и солью внутри интрузий с величинами вертикального плотностного соотношения и кроссфронтального плотностного соотношения вдоль интрузии.

6. Установлена сложная динамическая структура перемежающихся теплых соленых и относительно более холодных и пресных интрузий.

Слои теплой соленой и относительно более холодных и пресных интрузий двигаются в противоположных направлениях со средними скоростями от 3 до 5 мм/с. Также показано, что в области высокоградиентной прослойки создаются более благоприятные условия для возникновения турбулентности, обусловленные существованием вертикального сдвига горизонтальной скорости.

7. Получены оценки интенсивности каскадного переноса тепла и соли на верхней границе атлантических вод и показано, что учет фоновой турбулентности имеет существенное значение при оценивании потоков на вертикальных границах интрузий и динамики этих образований, увеличивая эффективные потоки тепла и солей.

8. Рассмотрено два сценария существования стационарного режима интрузионного расслоения: изопикнический и диапикнический.

Определено, что учет неизопикничности интрузионного процесса уменьшает величину потоков в среднем на 30-40% на верхней границе ядра АВ и на 80-90% в центральной части ядра. Разброс полученных оценок интенсивности вертикального турбулентного обмена в интрузиях составляет от 1.8·10-7 до 10-5 м2/с. Значения результирующих потоков тепла через высокоградиентные прослойки интрузий варьируются от 0.5 Вт/м2 в центральной части ядра и до 1.2-1.8 Вт/м2 на верхней границе АВ. При этом показано, что запирающие слои не могут оказывать существенного влияния на процессы передачи тепла и соли от ядра АВ к поверхности.

9. Получены оценки теплоотдачи на боковой границе струи атлантических вод при наличие стационарных интрузий. При этом теплоотдача через боковые границы атлантических вод более чем на порядок больше, чем потери тепла через верхнюю границу вод атлантического происхождения.

Список основных работ по теме диссертации 1. Термический режим придонного слоя моря Лаптевых и процессы, его определяющие // Криосфера Земли. - 2001. т. 5. № 3. - С. 40-(совместно с Дмитренко И.А., Хьюлеманн Й., Вегнер К., Грибановым В.А., Березовской С.Л. и Кассенс Х.) 2. Интрузии вод на склоне шельфа моря Лаптевых // Итоговая сессия Ученого совета ААНИИ по результатам работ 2002 г. Тезисы докладов. Экспресс информация. – 2003. – С. 17 (совместно с Тимоховым Л.А., Карпий В.Ю., Лебедевым Н.В. и Гармановым А.Л.).

3. Влияние сдвиговой неустойчивости внутренних волн на процессы вертикального турбулентного теплообмена на шельфе моря Лаптевых // Доклады АН. – 2003. т. 390. № 4. – С. 533-(совместно с Дмитренко И.А., Даровских А.Н. и Эйкеным Х.).

4. Cross-frontal interleaving structures in southern part of the Nansen Basin in the Arctic Ocean // Abstracts of IAPSO/SCOR Ocean Mixing Conference. - Victoria, Canada. – 2004. – P. 104. (совместно с Тимоховым Л.А. и Дмитренко И.А.) 5. Double-Diffusive Mixing Through the Laptev Sea Interleaving // 13th AGU Ocean Sciences Meeting. - Honolulu, US. – 2006. (совместно с Х.Симмонсом, Л.А.Тимоховым и И.А.Дмитренко) 6. Seasonal Variability of Atlantic Water on the Continental Slope of the Laptev Sea during 2002-2004 // Earth and Planetary Science Letter. – 2006. doi:10.1016/j.epsl.2006.01.067 (совместно с И.А.Дмитренко, И.В.Поляковым, Л.А.Тимоховым Л.А., Х.Симмонсом, В.В.Ивановым и Д.Уолшем).

Pages:     | 1 || 3 |



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.