Отрицательные корреляции мезомасштабной изменчивости ветра и волнения: примеры натурных наблюдений и теоретическая модель

Выполнены синхронные натурные наблюдения интенсивности ветровых волн и скорости приводного ветра, полученных в ходе экспедиции в Феодосийском заливе Черного моря в августе-сентябре 2002 г., в Норвежском и Баренцевом морях в мае – июне 2003 г. в ходе 16 рейса НИС «Академик Сергей Вавилов», в июле 2004-2005 г в Черном море в районе Новороссийска. С помощью двумерного оптического спектроанализатора (ДОСА) измерялась изменчивость уклонов поверхностных волн в диапазоне длин волн от 80 см до 4 мм. С помощью когерентных микроволновых скаттерометров измерялось радиолокационное сечение поверхности моря в Х и Ка диапазонах. Скорость приводного ветра измерялась с помощью акустического цифрового анемометра-термометра ADAT-3М и акустического термоанемометраUSA-1 (METEK).
В областях изменчивости поверхностного волнения, вызванной неоднородным течением на поверхности или присутствием пленки поверхностно-активных веществ выявлены случаи отрицательных корреляций вариаций полей приводного ветра и ветрового волнения. В частности, вблизи свалов глубин в Норвежском море и в Черном море наблюдались выраженные флуктуации интенсивности поверхностных волн с масштабами в единицы км. При этом наблюдались мезомасштабные флуктуации скорости ветра приблизительно в противофазе с вариациями интенсивности волнения. Предложен механизм, объясняющий воздействие изменчивости состояния морской поверхности на поле скорости приводного ветра, основанный на учете обмена импульса между ветром и волнением. При этом увеличение (уменьшение) скорости ветра при уменьшении (увеличении) амплитуды волнения обусловлено уменьшением (увеличеием) шероховатости морской поверхности. Построена количественная теоретическая модель, учитывающая нелинейное взаимодействие волн с турбулентным пограничным слоем атмосферы в квазилинейном приближении. Сопоставление расчетов в рамках модели и натурных данных, показано, что они находятся в хорошем количественном согласии.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (код проекта 05-05-64942).