Исследуется влияние бароклинной приливной волны на диффузию пятна примеси в непрерывно стратифицированной жидкости. Численно решается уравнение турбулентной диффузии с учетом волновых течений. Находятся зависимости характеристик процесса диффузии от параметров бароклинной волны и местоположения пятна примеси.

Дисертацію присвячено дослідженню географічних особливостей розподілу просторово-часових і енергетичних характеристик внутрішніх хвиль. На основі аналізу масиву гідрологічної інформації розглянуто великомасштабний розподіл основних параметрів вертикальних профілів частоти Вяйсяля-Брента (N(z)) та їх сезонну мінливість. Проведено районування Північної Атлантики за параметрами профілів N(z)), що впливають на дисперсійні співвідношення. На основі розв'язку лінійного хвильового рівняння проведено оцінку можливих просторово-часових характеристик внутрішніх хвиль у різноманітних діапазонах частот і досліджено особливості їх географічного розподілу. За спектральними моделями розраховано можливі енергетичні характеристики внутрішніх хвиль. Розглянуто експериментальні характеристики короткоперіодичних внутрішніх хвиль, які отримано в найбільш характерних районах Північної Атлантики. Проведено їх порівняння з розрахунковими характеристиками.

На основе нелинейной модели с учетом вязкости, диффузии плотности и течений проведено численное исследование распространения возмущений, возникающих в глубоководной части Черного моря в результате действия на поверхности моря в виде полосы касательного напряжения ветра или плотностных потоков. Показано, что со временем в районе свала глубин они генерируют в море цуг волн, приводящий к колебаниям в полях плотности и течений. Отмечаются различия в генерации внутренних волн плотностными потоками и действием ветра. В отличие от ветрового воздействия в плотностном случае в районе полосы в верхнем слое уже в начальный период возникают интенсивные возмущения, которые не имеют цуговой структуры.

В рамках линейной теории длинных волн с учетом действия силы Кориолиса рассмотрена задача о генерации внутренних волн баротропным приливом, набегающим на неровность дна типа морского хребта. Поперечное сечение хребта предполагается прямоугольным, стратификация - ступенчатой с двумя термоклинами (трехслойная модель). Исследуются зависимости характеристик возникающих волн от параметров стратификации и периода набегающего баротропного прилива.

Індекс рубрикатора НБУВ: Д221.322

Рубрики:

Внутрішні хвилі

Шифр НБУВ: Ж22412/а Пошук видання у каталогах НБУВ 

Досліджено нелінійну динаміку бароклінних припливів. Вивчено механізми генерації та еволюції внутрішніх хвиль, які виникають під час взаємодії баротропного припливу з великомасштабними неоднорідностями рельєфу дна - океанічними хребтами та материковими схилами. У рамках системи рівняння руху Рейнольдса для в'язкої нестискуваної безперервно стратифікованої рідини розроблено гідростатичну математичну модель бароклінних припливів, за допомогою якої, а також на підставі аналізу натурних даних, отриманих у 10-ти районах Світового океану, вивчено всі етапи розвитку бароклінних припливів: генерацію в районах нерівностей дна, нелінійну еволюцію за межами зони генерації, трансформацію в пакет коротких внутрішніх хвиль і послідовність відокремлених хвиль, дисипацію. Досліджено просторову структуру, а також механізм трансформації генерованих припливом аномально великих відокремлених внутрішніх хвиль у разі їх поширення з глибоководної частини моря на шельф.

Розглянуто механізми генерації та еволюції внутрішніх хвиль,які виникають під час взаємодії баротропного припливу з великомасштабними неоднорідностями рельєфу дна - океанічними хребтами та материковими схилами. У рамках системи рівнянь рушення Рейнольдса для в'язкої нестискуваної безперервно стратифікованої рідини розроблено негідростатичну математичну модель бароклінних припливів. За її допомогою, а також на основі аналізу натурних даних, отриманих у 10-ти районах Світового океану, вивчено усі етапи розвитку бароклінних припливів: їх генерацію в районах нерівностей дна, нелінійну еволюцію за межами зони генерації, трансформацію в пакет коротких внутрішніх хвиль і послідовність відокремлених хвиль, дисипацію. Досліджено просторову структуру, а також механізм трансформації генерованих припливом аномально великих відокремлених внутрішніх хвиль під час їх поширення з глибоководної частини моря на шельф.

В рамках линейной теории длинных волн исследованы бароклинные свободные волны в ограниченном бассейне переменной глубины без вертикальных стенок. Рассмотрена двухслойная стратификация. Профиль дна бассейна и форма поверхности раздела изменяются по параболическому закону. При этих условиях для первых трех мод получены аналитические выражения для частот свободных колебаний, волновых скоростей, профилей свободной поверхности и поверхности раздела. Выполнен анализ зависимостей частот, амплитуд волн и волновых скоростей от параметров стратификации и геометрических характеристик бассейна.

Розв'язано двовимірну задачу про поле розсіяних внутрішніх хвиль, утворене у випадку набігання монохроматичної внутрішньої хвилі на локалізовану неоднорідність поля густини (перемішану пляму), що знаходиться на в'язко-дифузійній стадії своєї еволюції для випадку, коли характерний хвильовий масштаб часу малий у порівнянні з характерним ентрузійним масштабом часу. Наближений розв'язок у вигляді квадратур одержано з використанням методу малого параметра. Встановлено характерні особливості формування полів розсіяних хвиль з урахуванням динаміки перемішаної плями.

Предложен метод решения обратной задачи, касающийся восстановления вертикальной плотностной стратификации океана по известным дисперсионным кривым для внутренних гравитационных волн. При моделировании стратификации плотности некоторым линейным распределением показано, с какой точностью можно производить его восстановление, задавая с разной степенью точности значения частоты колебаний и волновые числа. Исследование поставленной задачи выполнено в рамках приближения Буссинеска для двух традиционно используемых типов краевых условий на поверхности жидкости. Основное внимание уделено выводу дисперсионных уравнений и их асимптотическому анализу. Построено асимптотическое решение обратной задачи, которое исследовано на чувствительность к точности задания исходной информации.

Free waves in a bounded basin of variable depth filled with a stratified fluid are studied. Profiles of the basin bottom and interfaces are assumed to be parabolic. Three-layer stratification is considered. Analytic expressions for the periods and amplitude functions of elevations of the free surface and fluid layer interfaces are obtained and analyzed. The dependences of baroclinic wave characteristics on the basin geometry and stratification parameters are obtained.

На основе метода конечных элементов исследовано движение воды, вызванное касательными напряжениями ветра в круглом бассейне конечной глубины. Проанализирована зависимость вертикальных смещений поверхности бессейна и поля горизонтальных волновых течений от формы рельефа дна и направления ветра. Рассмотрена трансформация сформированного ветром возмущения после прекращения действия ветра.

В линейной постановке с использованием длинноволнового приближения исследована возможность генерации в непрерывно стратифицированной жидкости значительных возмущений при неравномерном движении области атмосферных давлений. Рассмотрен случай, когда возмущения среды, распространяющиеся от части траектории движения генератора, приходят одновременно в выделенную точку пространства - фокус. Для произвольного движения области давлений, при котором может проявляться изучаемый эффект, получена оценка амплитуды возмущений в фокусе.

В рамках линейной модели длинных волн в двухслойном океане найдено аналитическое решение задачи об эволюции осесимметричного начального смещения скачка плотности. В процессе адаптации полей из зоны начального возмущения излучаются внутренние волны в форме затухающего со временем волнового пакета. Волны являются квазиинерционными, и их дисперсия обусловлена вращением Земли. Исследована трансформация волнового пакета со временем, а также зависимость его характеристик от ширины зоны начального возмущения и глубины залегания скачка плотности.

С целью улучшения качества вод прибрежной рекреационной зоны г. Одесса рассмотрены различные варианты реконструкции существующих волноломов. Приведены результаты численного моделирования параметров ветрового волнения на акватории одного из одесских пляжей при различной конфигурации берегозащитных сооружений.

В приближении Буссинеска асимптотическим методом многомасштабных разложений определены средние течения, индуцированные внутренней волной за счет нелинейности при учете турбулентной вязкости и диффузии. Получены погранслойные решения, декремент затухания волны, тангенциальные напряжения у дна. Найдена донная коцентрация взвешенных волной наносов, когда тангенциальные напряжения превышают критические значения, соответствующие началу движения наносов. В диффузионном приближении определено вертикальное распределение концентрации наносов, взвешенных волной.

Отмечено, что в приближении Буссинеска, следуя методу асиптотических многомасштабных разложений, исследованы нелинейные эффекты при распространении внутренних волн с учетом турбулентной вязкости и диффузии. Определены декремент затухания волны и погранслойные решения у дна и свободной поверхности. Показано, что среднее течение, индуцированное волной, находится во втором порядке малости по крутизне волны. Получены коэффициенты нелинейного уравнения Шредингера для огибающей волнового пакета. Показано, что в длинноволновом пределе слабонелинейная плоская волна устойчива к продольной модуляции; если длина волны меньше некоторого критического значения, то волна модуляционно неустойчива.

В открытом гидроканале физического факультета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова выполнено экспериментальное исследование наката периодической внутренней волны в двухслойной жидкости на береговой откос. Волна генерировалась волнопродуктором. Исследованы трансформация волны, вертикальная структура поля скорости массопереноса, изменение параметров внутренней волны при распространении над наклонным дном. Показано, что при накате и обрушении внутренней волны происходит периодический выброс порций более тяжелой жидкости нижнего слоя вверх по склону. Скорость стоксова дрейфа знакопеременна по глубине, а длина (горизонтальное расстояние между соседними гребнями) и высота волны над наклонным дном (возвышение гребня над откосом по вертикали) убывают по мере распространения волны к берегу.

Рассмотрена плоская задача о свободных внутренних гравитационных волнах в горизонтальном течении двухслойной жидкости с вертикальным сдвигом скорости. Глубина нижнего слоя бесконечна. В линейной постановке нахождение параметров волн сведено к решению краевой задачи относительно волнового числа волны. Для двух модельных вертикальных распределений скорости течения найдены аналитические решения задачи. Показано, что внутренние волны могут существовать только для определенных диапазонов параметров сдвигового течения и двухслойной плотностной стратификации. Исследована зависимость условий существования волн, длин волн и вертикальной структуры волнового поля от характеристик модели.

Представлен обзор экспериментальных исследований внутренних волн, проведенных с океанографической платформы Морского гидрофизического института НАН Украины со дня ее ввода в эксплуатацию до настоящего времени.