Введение к работе
'Актуальность проблемы
Начиная с семидесятых годов, предметом интенсивного изучения стала вертикальная структура поля скорости течений в океане. Во многом это было связано с появлением новых технических решений измерения скорости потока воды. Наряду с традиционным измерением скорости течения на буйковых станциях начали использоваться зонда с акустическими датчиками и с датчиками электромагнитного типа для измерения скорости течения в режиме вертикального зондирования. Исследования вертикальной структуры поля течений важны для понимания и оценки роли разнообразных динамических процессов (внутренних волн, турбулентности, послойной адвекции и др.) в формировании и изменчивости структуры гидрофизических полей-, переносе массы и энергии в океане. Тснкоструктурные профили скорости течения позволяют изучать механизмы передачи энергии от движений синоптического масштаба и внутренних волн к мелкомасштабным процессам, оценить фоновые параметры (градиенты средних полей, числа Ричардсона, параметры внутренних волн), определяющие турбулентность, а также выдвинуть физически обоснованную параметризацию процессов обмена в моделях циркуляции вод Балтийского моря.
При постановке и проведении экспериментальнных исследований поля скорости течения в Балтийском море хотелось бы получать ответы на следующие вопросы:
- какие характерные временные, горизонтальные и вертикальные
масштабы изменчивости структуры поля скорости течения в
Балтийском море?
- какие процессы определяют временную и пространственную
изменчивость тонкой структуры в различных районах моря?
является ли обнаруженная структура типичной для некоторого района моря или вообще типична для моря?
могут ли динамические процессы, определяющие вертикальную структуру течения, приводить к генерации мелкомасштабной турбулентности?
Следует отметить, что проведение измерений профилей скорости течения в натурных условиях само по себе сопряжено с рядом методических трудностей, требует сложного метрологического обеспечения и применения специальных методов обработки данных. Этим вопросам в работе уделено достаточно большое внимание.
Исходя из вышеизложенного были определены основные цели и задачи работы.
Цели и задачи работы
Основная цель диссертации состоит в выявлении характерных масштабов изменчивости тонкой структуры поля скорости течения в специфических условиях Балтийского моря и исследовании основных гидрофизических процессов, определяющих эту изменчивость. Для достижения этой цели требовалось решить ряг. задач, которые можно перечислить в следующем порядке:
I. Разработать методику измерения тонкой вертикальной структуры профилей скорости и обработки данных для получения
оценок вертикальных градиентов скорости, плотности и чисел Ричардсона с заданной относительной погрешностью.
2. Осуществить широкий комплекс измерений тонкой
структуры поля скорости совместно с тонкой термохалинной
структурой в различных бассейнах Балтийского моря на фоне
развития разнообразных мезомасштабных гидрологических и
метеорологических процессов (синоптические вихри, фронтальные
зоны, присклоновыэ течения, проховдение штормов И Др.).
-
Определить относительную роль геосгрофических течений и инерционных колебаний в формировании вертикального сдвига скорости течения и возникновении зон гидродинамической неустойчивости.
-
Сопоставить результаты прямых измерении с модельными расчетами тонкоструктурных неоднородностей профилей скорости, обусловленных распространением гравитационно-гироскопических волн.
Научная новизна результатов работы
-
Обнаружен промежуточный экстремум в вертикальных профилях скорости присклонового течения, связанный со смыканием гермоклина и халоклина в направлении берега.
-
Установлена волновая природа флуктуации скорости течения с вертикальной длиной волны от 15 до 30 м и квазиинерционным периодом. Источник этих колебаний находится в верхнем слое моря и связан, по-видимому, с атмосферными возмущениями, а энергия колебаний распространяется от поверхности в глубь моря.
3. Вертикальные сдвиги скорости течения, обусловленные
квазиинерционными колебаниями, способны вызвать развитие гидродинамической неустойчивости в пикноклине, приводящей к образованию пятен мелкомасштабной турбулентности. Определены характерные размеры этих турбулентных пятен в центральной части пикноклияа.
Практическая значимость работы
Полученные в работе научные результаты существенно расширяют и уточняют представления о масштабах изменчивости и о процессах генерации тонкой структуры скорости течения в Балтийском море. Результаты исследований могут быть использованы для параметризации годсеточных процессов в численных моделях циркуляции Балтийского моря, моделях распространения загрязняющих веществ, при расчете траекторий распространения звука в пикноклине и в других прикладных задачах.
Ашробация работы и публикации
Основные результаты диссертационной работы были доложены и обсувдены на семинарах сектора физики моря Института термофизики и электрофизики АН Эстонии (г. Таллинн, I98I-I989 гг.), на коллоквиуме Лаборатории морской турбулентности Института океанологии им. П.П. Ширшова АН СССР (Москва, 1984), на 2-м и 3-м Всесоюзных съездах океанологов (Ялта, 1982, Ленинград, 1988), на 13-й, 14-й, 15-й, 16-й Конференциях Балтийских океанографов (Хельсинки, 1982, Гдыня,1984, Копенгаген, I98S, Киль, 1988). Основные результаты работы изложены в 8 публикациях, список которых приведен в конце автореферата.
Объем и структура диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы из 94 названий. Работа содержит ($*~ страниц, в том числе 4&/{ страниц текста, таблиц и ST рисунков.
