Идентификация субмезомасштабных структур в подспутниковых измерениях

Важной отличительной чертой в развитых турбулентных течениях является наличие относительно крупных образований, которые могут переносить значительную часть всей энергии потока. В теории турбулентности их принято называть когерентными структурами, впервые на их существование обратил внимание Таунсенд [1]. Турбулентные потоки тепла, импульса и растворенных веществ в приповерхностном слое моря зависят от количества и размеров таких структур.
Для обнаружения и количественного описания субмезомасштабных процессов используются экспериментальные данные о турбулентном режиме в прилегающем к поверхности слое моря, данные о скорости и направлении течения, о характеристиках волнения. Натурные измерения проводились на стационарной океанографической платформе ЧФ МГИ РАН в п. Кацивели. Информация предварительно обрабатывалась: удалялись сбойные участки и неправдоподобные значения, при необходимости записи с разных приборов приводились к единому масштабу времени. Дальнейшая обработка и анализ включали в себя оценки частотных спектров и спектров волновых чисел турбулентных пульсаций вектора скорости, расчет взаимных спектров и функций когерентности трех компонент пульсаций скорости, температуры и скорости течения. Кроме этого проводился вейвлет-анализ измеряемых гидрофизических характеристик, который оказался весьма полезным инструментом для выявления структур различного масштаба.
Наши экспериментальные данные показали существование значительных неоднородностей на многочасовых масштабах в сопряженных слоях атмосферы и моря, что говорит о более сложных механизмах взаимодействия в отличие от обычно рассматриваемых в большинстве моделей, когда учитываются только суточные или синоптические колебания физических параметров. В модели [2] сделана попытка учесть различие масштабов в турбулентном течении, но отмечено, что модель не всегда хорошо соответствует натурным данным. К сожалению, абсолютную достоверность наличия когерентных структур измерения даже в разнесенных по пространству точках не гарантируют, но ряд косвенных признаков (таких, как периодичность), позволяет с большой долей уверенности говорить об их существовании.
Масштабы выявленных периодичностей в интенсивности турбулентности, скорости течения и других гидрофизических величин были как внутрисуточные, протяженностью от одного часа до 18 ч., так более длительные, до 72 ч.
Представленные результаты позволят учитывать наличие субмезомасштабных структур в разрабатываемых моделях турбулентного обмена и повысить их объективность.

Работа выполнена в рамках государственного задания № 0827-2019-0003.