Лабораторное исследование генерации турбулентности стоячими поверхностными волнами

Изучение механизмов генерации турбулентности волнами на поверхности воды имеет ряд весьма важных геофизических приложений, в частности перемешивание и перенос поверхностно-активного вещества (ПАВ), формирование термической структуры океана, усиление вертикального обмена с последующим разрушением термохалинной структуры и “выхолаживанием” поверхности океана. Возникновение соответствующих температурных аномалий предположительно может наблюдаться при наличии мощного источника турбулентности, в частности, при параметрическом возбуждении поверхностных волн подводным землетрясением. В результате становится возможным дистанционный мониторинг областей морской поверхности над очагом подводных землетрясений.
Настоящая работа посвящена экспериментальному и теоретическому исследованию генерации турбулентности поверхностными параметрическими волнами. Установлено, что область, охваченная турбулентностью, имеет резкую границу (турбулентный фронт), причем толщина этой области растет с течением времени, получены экспериментальные зависимости толщины турбулизованной области от времени. На основе полуэмпирической теории турбулентности дано описание эволюции турбулентной области, при этом принята гипотеза о постоянстве масштабе турбулентности. Получено удовлетворительное согласие теоретических и экспериментальных результатов. Проведены численные оценки времени разрушения термохалинной структуры океана турбулентностью, генерируемой поверхностным параметрическим волнением.
Работа выполнена при поддержке INTAS (проект 03-51-4987, “SIMP”) и РФФИ (проект 05-05-64137).