Обрушение поверхностных волн и диссипация турбулентной кинетической энергии

Большое влияние на состояние отражающей поверхности моря и на интенсивность обменных процессов между морем и атмосферой оказывает обрушение поверхностных волн. Этот механизм является одним из основных источников турбулентности в приповерхностном слое моря, которая, в свою очередь, играет большую роль в перераспределении потоков тепла, импульса, различных растворенных веществ.
Для экспериментальной оценки интенсивности турбулентности вблизи поверхности моря использовался измерительный комплекс «Сигма-1» [1]. Измерения проводились на стационарной океанографической платформе Черноморского гидрофизического полигона в п. Кацивели, Крым. За многолетний период натурных наблюдений создан обширный массив данных о турбулентной структуре приповерхностного слоя в различных гидрометеорологических условиях, что позволяет использование результатов измерений для установления статистически обоснованных корреляционных зависимостей и верификации теоретических моделей.
Оценка скорости диссипации турбулентной энергии и закон ее распределения по глубине дают возможность характеризовать интенсивность притока энергии из атмосферы и относительный вклад различных механизмов генерации турбулентности. Данные, полученные с помощью измерительного комплекса «Сигма-1» в сочетании с информацией о фоновых гидрофизических характеристиках позволяют рассчитывать скорость диссипации на различных глубинах [2].
В работе Филлипса [3] был введен параметр для оценки интенсивности обрушений, представляющий собой длину обрушивающегося фронта на единицу площади поверхности моря, который используется для оценки потерь энергии обрушивающейся волной. Различными авторами в экспериментах определялась зависимость этого параметра от скорости волн и другие необходимые соотношения и константы для расчета скорости диссипации, найденные величины меняются в широких пределах.
Для экспериментальных оценок влияния обрушений волн на турбулентность из всего собранного массива данных были выбраны штормовые условия с развитым волнением и большим количеством обрушивающихся волн, преимущественно обрушения относились к скользящему типу. Результаты экспериментов показали определенные отличия параметров в формуле Филлипса от предложенных другими авторами, что, возможно, объясняется иным характером волнения и условиями обрушений в наших исследованиях.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, проект № 16-05-00664.