РАСЧЕТ ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ЧЕРНОГО МОРЯ НА ОСНОВЕ ИНТЕГРАЦИИ ОПРЕДЕЛЕННЫХ ПО НАТУРНЫМ ИЗМЕРЕНИЯМ КОЭФФИЦИЕНТОВ ВЕРТИКАЛЬНОГО ТУРБУЛЕНТНОГО ОБМЕНА И ЧИСЛЕННОЙ МОДЕЛИ МГИ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Проведен анализ результатов численных экспериментов по расчету гидрофизических полей в северо-восточной части Черного моря на основе трехмерной модели динамики морской среды МГИ. Принципиальная новизна представляемых расчетов – использование коэффициентов вертикального турбулентного обмена, полученных по экспериментальным данным на основе натурных наблюдений микроструктурных профилей пульсаций скорости и температуры измерительным комплексом “Сигма-1.5”. Измерения проводились в верхних стратифицированных слоях моря в экспедиционных исследованиях на НИС “Профессор Водяницкий”. Сопоставление результатов расчетов по модели МГИ и гидрологических данных, полученных комплексом SBE одновременно с микроструктурными измерениями, показывает повышение достоверности воспроизводимых полей температуры и солености при использовании в модели экспериментально определенных коэффициентов по сравнению с применяемой ранее параметризацией турбулентности Пакановски–Филандера. Представленные результаты показывают перспективность предложенного подхода с использованием в модели для стратифицированных слоев моря экспериментально определенных коэффициентов турбулентного обмена.

Об авторах

А. М Чухарев

Морской гидрофизический институт РАН

Email: alexchukh@mail.ru
Севастополь, Россия

Д. А Казаков

Морской гидрофизический институт РАН

Email: engineer.dk@mail.ru
Севастополь, Россия

Н. В Маркова

Морской гидрофизический институт РАН

Севастополь, Россия

О. А Дымова

Морской гидрофизический институт РАН

Севастополь, Россия

Список литературы

  1. Wunsch C., Ferrari R. Vertical mixing, energy, and the general circulation of the ocean // Annu. Rev. Fluid Mech. 2004. 36. P. 281–314. https://doi.org/10.1146/annurev.fluid.36.050802.122121
  2. Samodurov A.S., Chukharev A.M. Vertical turbulent exchange features in the layer of seasonal pycnocline in the northwestern part of the Black Sea // Journal of Physics: Conference Series. 2018. V. 1128. 012148. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1128/1/012148
  3. Самодуров А.С., Глобина Л.В. Оценка зависимости скорости диссипации турбулентной энергии от стратификации на континентальном склоне и шельфе // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2011. № 25-2. С. 182–189. EDN: WBCLUN
  4. Самодуров А.С., Чухарев А.М., Носова А.В., Глобина Л.В. Интенсификация внутренних волн в зоне сопряжения шельфа и континентального склона как фактор интенсификации вертикального обмена // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2013. Т. 6. № 2. С. 12–24. EDN: QIQRGV
  5. Самодуров А.С. Придонный пограничный слой в Черном море: формирование стационарного состояния // Морской гидрофизический журнал. 2009. № 1. С. 16–25. EDN: VOAIWJ.
  6. Самодуров А.С., Кульша О.Е., Белокопытов В.Н. Стационарная модель вертикального обмена в Черном море для реальной геометрии бассейна // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2006. № 14. С. 517–523. EDN: ZBOAUJ
  7. Самодуров А.С., Глобина Л.В. Зависимость скорости диссипации турбулентной энергии и вертикального обмена от стратификации по обобщенным экспериментальным данным (сравнение с существующими моделями) // Морской гидрофизический журнал. 2012. № 6. С. 17–34. EDN: TTHGUN
  8. Самодуров А.С. Интрузионное расслоение и вертикальный обмен в Черном море за счет геотермального потока тепла на наклонном дне // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2003. № 8. С. 152–156. EDN: FVNQBK
  9. Самодуров А.С. Взаимодополняемость различных подходов для оценки интенсивности вертикального турбулентного обмена в естественных стратифицированных бассейнах // Морской гидрофизический журнал. 2016. № 6. С. 37–48. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2016-6-37-48
  10. Казаков Д.А., Самодуров А.С. Оценка интенсивности вертикального турбулентного обмена в слое основного пикноклина на прикерченском участке шельфа Черного моря // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2021. № 2. С. 94–105. https://doi.org/10.22449/2413-5577-2021-2-94-105. EDN: RFDEWU
  11. Pacanowski R.C., Philander S.G.H. Parameterization of vertical mixing in numerical models of tropical oceans // J. Phys. Oceanogr. 1981. V. 11. Iss. 11. P. 1443-1451. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1981)011<1443:POVMIN>2.0.CO;2
  12. Mellor G.L., Yamada T. Development of a turbulence close model for geophysical fluid problems // Rev. Geophys. Space Phys. 1982. 20. Р. 851–875. https://doi.org/10.1029/RG020i004p00851
  13. McEwen A.D. The kinematics of stratified mixing through internal wave breaking // Journal of Fluid Mechanics. 1983. No. 128. P. 47–57. https://doi.org/10.1017/S0022112083000373
  14. Demyshev S., Dymova O. Analysis of the annual mean energy cycle of the Black Sea circulation for the climatic, basinscale and eddy regimes // Ocean Dynamics. 2022. V. 72. P. 259–278. https://doi.org/10.1007/s10236-022-01504-0
  15. Osborn T.R. Estimations of local rate of vertical diffusion from dissipation measurements // J. Phys. Oceanogr. 1980. V. 10. P. 83–89. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1980)010<0083:EOTLRO>2.0.CO;2
  16. Chukharev A.M. Multitime scale model of turbulence in the sea surface layer // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2013. V. 49. No. 4. P. 439–449. https://doi.org/10.1134/S0001433813040026
  17. Евстигнеева Н.А., Дымова О.А. Анализ полей течений и концентрации бериллия-7 в прибрежном районе южного берега Крыма летом 2016 г. по результатам моделирования // Процессы в геосредах, 2023. Т. 4(38). С. 2199–2206. EDN: CPYCXE
  18. Самодуров А.С., Дыкман В.З., Барабаш В.А., Ефремов О.И., Зубов А.Г., Павленко О.И., Чухарев А.М. Измерительный комплекс “Сигма-1” для исследования мелкомасштабных характеристик гидрофизических полей в верхнем слое моря // Морcкой гидрофизический журнал. 2005. № 5. С. 60–71. EDN: VSBWXN
  19. Welch P.D. The use of Fast Fourier Transform for the estimation of power spectra: A method based on time averaging over short, modified periodograms // IEEE Transactions on Audio and Electroacoustics. 1967. V. 15. No. 2. P. 70–73. https://doi.org/10.1109/TAU.1967.1161901
  20. Craig P.D., Banner M.L. Modelling of wave-enhanced turbulence in the ocean surface layer // J. Phys. Oceanogr. 1994. 24. No. 12. P. 2546–2559. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1994)024<2546:MWETIT>2.0.CO;2
  21. Benilov A.Y., Ly L.N. Modeling of surface waves breaking effects in the ocean upper layer // Math. Comput.Model. 2002. 35. P. 191–213. https://doi.org/10.1016/S0895-7177(01)00159-5
  22. Kudryavtsev V., Shrira V., Dulov V., Malinovsky V. On the vertical structure of wind-driven sea currents // J. Phys. Oceanogr. 2008. V. 38. No. 10. P. 2121–144. https://doi.org/10.1175/2008JPO3883.1
  23. Rodi W. Examples of calculation methods for flow and mixing in stratified fluids //J. Geophys. Res. 1987. V. 92. C5. P. 5305–5328. https://doi.org/10.1029/JC092iC05p05305
  24. Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов. Руководство по расчету режимных характеристик морского ветрового волнения. Руководящий документ № РД 52.10.865-2017, Российская Федерация: утвержден Руководителем Росгидромета 10.07.2017, введен в действие приказом Росгидромета от 08.08.2017 № 396; зарегистрирован в ФГБУ “НПО Тайфун” от 19.07.2017 за № РД 52.10.865-2017. https://docs.cntd.ru/document/552150117?ysclid=ls7ttofag65936785 (дата обращения 22.05.2024).
  25. Katsaros K.B., Atakturk S.S. Dependence of wave breaking statistics on wind stress and wave development / In: Breaking Waves, M. L. Banner and R. H. J. Grimshaw, Eds., Springer. 1992. P. 119–132. https://doi.org/10.1007/978-3-642-84847-6_9
  26. Copernicus Climate Change Service. ECMWF Reanalysis v5 (ERA5). 2023. [online] Available at: https://www.ecmwf.int/en/forecasts/dataset/ecmwf-reanalysis-v5 [Accessed: 22 May 2024]. https://doi.org/10.24381/cds.adbb2d47
  27. Маркова Н.В., Дымова О.А. Условия формирования глубоководных противотечений в северо-восточной части Черного моря // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2023. № 5. С. 25–36. https://doi.org/10.31857/S1024708423600057 EDN: TSHOAY
  28. Демышев С.Г. Моделирование сезонной изменчивости гидрофизических полей Черного моря с гармонической и бигармонической параметризацией силы трения по горизонтали // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2003. Т. 39. № 2. С. 278–288. EDN OOCIGZ.
  29. Коротаев Г.К., Еремеев В.Н. Введение в оперативную океанологию Черного моря. Севастополь: НПЦ “ЭКОСИ-Гидрофизика”, 2006. 382 с. ISBN: 966-02-3926-2
  30. Кныш В.В., Моисеенко В.А., Саркисян А.С., Тимченко И.Е. Комплексное использование измерений на гидрофизических полигонах океана в четырехмерном анализе // Докл. АН СССР. 1970. Т. 252. №4. С. 832–836.
  31. Артамонов Ю.В., Скрипалева Е.А., Федирко А.В., Шутов С.А., Шаповалов Р.О., Щербаченко С.В. Циркуляция вод северной части Черного моря в летний сезон 2016 года (по материалам 87-го рейса НИС “Профессор Водяницкий”) // Морской гидрофизический журнал. 2018. 34. № 1. С. 57–70. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2018-1-57-70

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025