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 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