We describe a new measuring complex aimed at the investigation of small-scale processes in the upper active layer of the sea. The necessity of creation of a complex of this sort is justified and a circle of problems that can be solved with the help of this complex is described. The scales of resolution of horizontal and vertical inhomogeneities in measuring in the mode of vertical probing are theoretically estimated. The basic technical characteristics of the complex are presented. We also present the results of laboratory and field tests, which confirm the agreement between the calculated and actual technical possibilities of the complex. The structural features of various versions of the "Sigma-1" measuring complex (the "Sigma-1P" point-to-point-operation version and the "Sigma-1Z" probing version) are described.

Поступила 04.09.2015 г.С применением высокоразрешающего зонда-турбулиметра «Сигма-1» собраны натурные данные о распределении флуктуаций гидрофизических параметров в верхнем слое моря вокруг Гераклейского п-ова (Крым). На основе анализа этих данных по разработанной ранее методике оценены масштабы турбулентных пятен в стратифицированном слое, рассчитаны коэффициенты вертикального турбулентного обмена и величины скорости диссипации турбулентной энергии в исследуемом районе. Показано, что пространственное распределение коэффициентов диффузии отражает особенности вертикального обмена, обусловленные гидрологической структурой и морфологией дна. Сопоставление результатов с предложенной нами ранее «спектральной» моделью обмена показало ее хорошее соответствие натурным измерениям.Ключевые слова: зонд-турбулиметр, микроструктура, внутренние волны, сдвиговая неустойчивость, турбулентная диффузия, диссипация энергии, модели обмена.

На основе экспериментальных данных о приповерхностной турбулентности сделана оценка скорости диссипации турбулентной энергии, обусловленной обрушивающимися поверхностными волнами. Исследования выполнялись на океанографической платформе в прибрежной зоне Черного моря специализированным измерительным комплексом «Сигма-1». Из общего массива для анализа данных были выбраны гидрометеорологические ситуации с большой скоростью ветра и значительным количеством обрушивающихся волн. Расчет скорости диссипации турбулентной энергии на единицу объема ε проводился по спектрам пульсаций скорости на основании гипотез Колмогорова об инерционном интервале спектра турбулентности. Скорость диссипации на единицу площади поверхности моря рассчитывалась интегрированием по глубине величин ε, определенных на всех горизонтах измерений с экстраполяцией до поверхности и до дна. Результаты, полученные по экспериментальным данным, сопоставлялись с расчетами потерь энергии волн на обрушения по модели Филлипса (1985 г.). Рассчитанные величины параметра обрушений b в предположении о его модельной зависимости от волнового числа отличаются от оценок других авторов в меньшую сторону. Во втором способе расчета предполагалось постоянство параметра обрушений в каждом отдельном эксперименте и отсутствие его зависимости от волнового числа. Найденные значения b имеют умеренный разброс и также оказались меньше оценок (в пределах одного порядка величины), имеющихся в литературе. Значения b в этом случае удовлетворительно аппроксимируются константой bc ≈ 1,31•10-4. Расхождения с другими источниками могли быть обусловлены иными характеристиками волнения и разными методами оценки скорости диссипации. Ключевые слова: обрушение волн, морская турбулентность, диссипация турбулентной энергии, натурные измерения. Благодарности: работа выполнена в рамках государственного задания №0827-2018-0003 при финансовой поддержке РФФИ, проект №16-05-00664.

551.465.15 We present the results of experimental investigations of the characteristics of turbulence in the layer of wave-induced mixing. The data on the fluctuations of velocity, temperature, and conductivity are obtained with the help of a Sigma-1 measuring complex. The computed values of the dissipation rate of turbulent energy are compared with different models proposed for the subsurface layer. It is shown that the available models fail to guarantee satisfactory agreement of the numerical results with the experimental data for the layer of active wave action and, in particular, in the presence of swell. This leads us to the conclusion concerning the necessity of parametrization and assimilation of more complete data on the state of the sea surface, the structure of currents, and the surface layer of the atmosphere in the models.