Турбулентный обмен при нестационарном взаимодействии атмосферы и моря на малых и субмезомасштабах

Адекватное описание взаимодействия атмосферы и океана остается одной из важнейших проблем современной океанологии и климатологии. Чрезвычайно широкое многообразие физических процессов, происходящих в сопряженных слоях, большой диапазон масштабов, подвижная граница – все это значительно усложняет создание моделей, которые позволяли бы с необходимой точностью рассчитывать физические характеристики в обеих средах. В работе рассматривается временная изменчивость динамических параметров в приводном слое атмосферы и в приповерхностном слое моря на малых и субмезомасштабах от одного до нескольких десятков часов. Собранные экспериментальные данные показывают очень высокую корреляцию между динамической скоростью ветра и интенсивностью турбулентности в верхнем слое моря на всех регистрировавшихся масштабах. Важной отличительной особенностью всех измеренных физических величин в обеих средах является наличие квазипериодических колебаний с различными периодами. Для более точного описания потока импульса из атмосферы предлагается нестационарная модель турбулентного обмена в приповерхностном слое моря, учитывающая квазипериодичность в интенсивности динамического взаимодействия атмосферы и моря на этих масштабах. В модели используются уравнения баланса импульса и турбулентной энергии, система уравнений решается численно, результаты расчетов сопоставляются с другими моделями и с экспериментальными данными. Показано, что учет нестационарности ветрового воздействия улучшает соответствие расчетов и экспериментальных данных. Отмечено, что в нестационарном случае поток импульса из атмосферы и интенсивность турбулентности в приповерхностном слое моря возрастают по сравнению с действием постоянного ветра той же продолжительности.

Поэтому многочасовые или многосуточные осреднения, часто используемые в глобальных моделях, могут заметно занижать интенсивность динамического взаимодействия атмосферы и океана.