Энергия ветра

Опубликовал admin в июля 24, 2012 в рубрике Океан

Типовую величину энергии, вызываемой ветром, можно получить, если допустить, что средний приток энергии в размере 10 эргов на квадратный сантиметр в секунду равномерно рассеивается в смешиваемом слое, который имеет толщину 50 метров и залегает над термоклином. Это дает скорость диссипации 2 х 10~ эргов на грамм-секунду. Реальный предел скорости диссипации для океана ниже термоклина можно оценить, сложив приливную и ветровую энергию и разделив ее на величину общего объема океана. Это дает скорость диссипации 1 х 10 5 эргов на грамм-секунду. Можно рассчитать величины порога для скорости, температуры и солености на основании этого предела рассеивания энергии. Такие величины определяют разрешающую способность, которой должен стараться добиться океанограф при своих исследованиях. Если измеритель скорости должен быть способен ощущать флуктуации в несколько сантиметров, а измеритель температуры должен быть способен фиксировать отклонения приблизительно более одного сантиметра, то определитель солености должен иметь разрешающую способность, измеряемую миллиметрами.



В верхней трехсотметровой толще океана группой канадских океанографов, Гарольдом Л. Грантом, Робертом У. Стюартом и Энтони Моиллиетом, были проведены исследования микроструктуры, позволяющие установить шкалу делений длины для скорости и температуры. Исследователи смонтировали чувствительные датчики на аппарате, буксируемом горизонтально за судном. Эта работа была продолжена Патриком У. Несмитом в открытых прибрежных водах западнее острова Ванкувера. Он часто обнаруживал, что верхний тридцатиметровый слой Тихого океана полностью турбулентен и имеет скорость диссипации энергии порядка 2,5×102 эргов на грамм-секунду. Использованные при этих исследованиях приборы были достаточно чувствительны для того, чтобы проводить различие между длиной делений для скорости и более короткой длиной делений для температуры в воде, которая достаточно турбулентна. Зонд, обеспечивающий более тонкую шкалу делений для солености, еще предстоит применить в океане в будущем. Источником почти однородной турбулентности, выявленной канадскими исследователями, служит ветер, дующий над поверхностью моря. Во время сильных штормов этот ветер может перемешивать приповерхностную толщу воды до глубины в десятки метров. Если интенсивное размешивание продолжается в течение нескольких дней, это может привести к почти полному смешению и образованию в высшей степени однородной зоны – перемешанного слоя, распространяющегося на глубину от 10 до 100 метров ниже поверхности. Если впоследствии происходит лишь слабое турбулентное движение, вызываемое только ветрами умеренной силы, оно достаточно для поддержания перемешиваемого слоя в неизменном состоянии в течение значительного периода времени.
Ниже перемешанного слоя эффект поверхностных движений резко ослаблен. Интенсивная турбулентность возникает лишь спорадически, когда случайно возникает локальная концентрация энергии, достаточная для преодоления нормальной стратификации и создающая участки микроструктурной активности, разделенные спокойными слоями воды. Участки с величиной диссипации 5 х 104 эргов на грамм-секунду были выявлены на глубинах 90 метров. Наряду с районами активного турбулентного движения иногда обнаруживаются участки «ископаемой» турбулентности, где флуктуации скорости диссипированы вязкостью в то время, как температурные градиенты еще не сглажены. Можно предположить, что благодаря исследованиям солености с применением приборов с высокой разрешающей способностью, возможно, будут встречены еще более древние участки с «ископаемой» турбулентностью, где полностью исчезли флуктуации как температуры, так и скорости.
Измерения температуры и солености на вертикальном разрезе, при которых полностью разрешаются детали до сантиметра и которые реагируют на флуктуации миллиметрового порядка, впервые были выполнены при помощи свободно погружаемого зонда, сконструированного Чарльзом С. Коксом в лаборатории Скриппсовского института океанографии. Записи температуры на глубине 1,5 километра почти так же нерегулярны, как и на меньших глубинах, хотя амплитуда и резкость флуктуации значительно сокращаются. Одна из общих черт – интенсивные турбулентные флуктуации, подобные тем, что были выявлены при измерениях в горизонтальном направлении. Хотя нам и не удалось замерить флуктуации скорости, на основании некоторых единичных редких градиентов температуры (которые имеют толщину менее сантиметра) мы можем сделать вывод, что они поддерживаются в результате непрерывного размешивания или, что они образовались лишь за несколько минут до момента наблюдения. Очень резкая температурная ступень сглаживается до толщины одного сантиметра в результате молекулярной диффузии за три минуты.

Оставить комментарий