А.Б. Федотов
Институт природно-технических систем, РФ, г. Севастополь, ул. Ленина, 28
E—mail: fedotov57@mail.ru
DOI:
10.33075/2220-5861-2018-3-65-69
УДК 551.465.553
Реферат:
Работа посвящена исследованию эволюции океанических течений в рамках классической квазигеострофической вихреразрешающей численной двухслойной модели циркуляции под воздействием стационарного пространственно неоднородного ветра. Использовалась модель эволюции потенциального вихря в двухслойной жидкости для случая глубин верхнего слоя 100 метров, нижнего — 3866 метров, численные эксперименты выполнялись в квадратной расчетной области с разрешением 513 узлов сетки по каждой из сторон квадрата, размер расчетной области был принят равным 3840 км, горизонтальный масштаб длины L = 611 км, тогда, при β = 2,0·10-11 м-1с-1, масштаб скорости равен U = 7,46 м/с, масштаб времени T = 0,95 суток, пространственный шаг сетки расчетной области при данном разрешении равнялся 7,5 км, значения безразмерного коэффициента бигармонической вязкости для обоих слоев было выбрано равным 1,0·10-8.
Представлены результаты численного моделирования океана на стадии эволюции поля течений под действием пространственно неоднородного постоянного ветра при постоянных параметрах диссипации: придонного трения и коэффициента бигармонической вязкости. Обращает на себя внимание квазипериодический процесс самопроизвольной интенсификации зонального струйного течения с последующим уменьшением его интенсивности.
Данный квзипериодический процесс связан с поочередной генерацией циклонических и антициклонических вихрей как проявление бароклинной неустойчивости в районе восточной оконечности струйного течения, которые затем движутся в западном направлении. В процессе своего движения на запад эти вихри ослабевают и поглощаются у западного берега крупномасштабным течением, этот процесс относительно высокочастотный, он не приводит к изменению полной энергии системы, и ему условно можно приписать «локальный» характер неустойчивости, при этом он хорошо представлен на периодограммме временного хода положения центра масс спектра энстрофии для верхнего слоя.
Квазипериодический процесс усиления и ослабления собственно зонального струйного течения, сопровождающийся накоплением энергии в струе, является долгопериодным, и является отражением сложных нелинейных процессов, связанных с изменением структуры пространственного спектра полей системы течений. Сам характер изменчивости пространственного спектра позволяет говорить о признаках самоорганизационных процессов в системе крупномасштабной циркуляции. Критерием самоорганизационных процессов являются осцилляции ширины спектра энстрофии, диагностируемые посредством оценки положения центра масс спектра энстрофии. А именно, сужение пространственного спектра энстрофии блокирует поступление энстрофии и энергии в диссипативный интервал, что в свою очередь приводит к росту полной удельной энергии течений, максимальное значение полной энергии достигается в системе приблизительно через 70 суток с момента максимального сужения пространственного спектра энстрофии. И наоборот, расширение спектра в режиме «свободной турбулентности» как фазы прекращения «когерентного» режима обеспечивает увеличение спектрального потока энергии и энстрофии в диссипативный спектральный интервал с последующим уменьшением полной энергии системы течений.
Ключевые слова: синоптическая изменчивость, струйные течения, ветровые течения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Федотов А.Б. Анализ временных масштабов долгопериодной изменчивости ветровой океанической циркуляции в двухслойном океане // Системы контроля окружающей среды. 2017. № 10 (30). С. 96–101.
- Rhines P.B. Geostrophic turbulence // Ann. Rev. Fluid Mech. 1979. V. 11. P. 401–441.
- Федотов А.Б. Спектральные потоки энстрофии и энергии при самоорганизации β- турбулентности // Морской гидрофизический журнал. 1988. № 3. С. 9–14.
- Ларичев В.Д., Федотов А.Б. Явление самоорганизации в геострофической турбулентности на β-плоскости // Доклады АН СССР, 1988. Т. 298. № 4. C. 971–975.
