Experimental Estimation of the Turbulent Energy Dissipation Rate in the Sea Subsurface Layer at Storm Conditions

Abstract

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.

Model and Experimental Estimates of Vertical Mixing Intensity in the Sea Upper Homogeneous Layer

“…Общая длина обрушивающихся фронтов на единицу поверхности моря рассчитывается как где bбезразмерный параметр, характеризующий интенсивность обрушений; gускорение свободного падения. По-видимому, этот подход весьма перспективен, хотя вид зависимости Λ(c) и параметр b остаются недостаточно хорошо изученными [24][25][26][27].…”