Том 55, № 2 (2019)

В работе рассматриваются подходы к построению интегральных моделей конвективного пограничного слоя (КПС), основанных на концепции полной перемешанности. Для проверки основных гипотез подобия используются результаты вихреразрешающего моделирования (LES – Large Eddy Simulation). Эмпирические константы интегральной модели КПС, полученные по данным LES для случая свободной конвекции, хорошо согласуются с ранее опубликованными данными лабораторных экспериментов. Также показано, что поток кинетической энергии с верхней границы КПС, осуществляемый гравитационными волнами, мал по сравнению с другими составляющими баланса турбулентной кинетической энергии (ТКЭ) в конвективном слое. Впервые применена параметризация генерации ТКЭ за счет сдвига скорости в конвективном пограничном слое в терминах скорости трения и средней скорости ветра в КПС; получены все безразмерные константы теоретической модели. Результаты работы позволяют сформулировать интегральную модель сдвигового КПС, пригодную для практического использования.

В статье приведены данные регистрации внутренних гравитационных волн (ВГВ) и инфразвуковых волн, образовавшихся при прохождении через Москву теплого и холодного фронтов, связанных с атмосферным штормом 29 мая 2017 г. Регистрация волн проводилась на сети 4 микробарографов ИФА–МГУ–Мосрентген–ЗНС, размещенных в Москве и Московской области, и сравнивалась с данными измерений параметров инфразвуковых волн в г. Дубне на станции IS43. Исследуются изменения характеристик ВГВ и инфразвуковых волн (когерентности, азимуты и фазовые скорости распространения, характерные периоды и частотные спектры) с течением времени при прохождении теплого и холодного фронтов. Исследуется также переход от гравитационной к акустической дисперсионной ветви акустико-гравитационных волн с ростом частоты и временная модуляция фазовой скорости инфразвуковых волн, вызванная ВГВ. Приведены данные измерений концентраций аэрозоля PM₁₀ и концентрации газа NO₂ в разных пунктах г. Москвы в процессе приближения атмосферного шторма. Исследуется возможность обнаружения волновых предвестников атмосферных штормов одновременно в вариациях атмосферного давления, скорости ветра и концентрациях примесей.

Используя высокоразрешающую версию трехмерной конечно-элементной гидростатической модели QUODDY-4, мы выполнили две серии численных экспериментов. Первая из них предназначалась для оценки приливных изменений, характеризующих роль приливов в формировании климатических характеристик Карского моря в безледный период (как-то: модуля и направления скорости поверхностных постоянных течений, температуры и солености морской воды в основании пикноклина и уровня свободной поверхности моря). Вторая привлекалась для проверки, адекватен ли косвенный способ описания приливных изменений в терминах индуцируемых приливами диссипации бароклинной приливной энергии и диапикнической диффузии, по сравнению с явным, и определения количественной меры, могущей быть использованной при их сравнении. На основании результатов моделирования убеждаемся, что приливные изменения являются если не главными, то весьма значимыми, что косвенный способ их учета адекватен по отношению к явному, что пренебрежение ими, как это обычно делается при прогнозе и расчете климатов морских систем, не имеет под собой оснований и что, наконец, в качестве количественной меры подобия одноименных полей климатических характеристик, полученных при суммарном (ветровом + термохалинном + приливным) форсинге, с одной стороны, и комбинированном (ветровом + термохалинном) форсинге, дополненным косвенным способом учёта приливных изменений, с дугой, может быть принят средний по площади моря коэффициент корреляции.

Рассмотрена спектральная задача типа Орра–Зоммерфельда для описания устойчивых и неустойчивых возмущений океанских геострофических течений с линейным вертикальным сдвигом скорости (параболический вертикальный профиль скорости). Представлены расчеты собственных значений, инкрементов роста неустойчивых мод, собственных функций максимально растущих возмущений. Получено, что неустойчивость геострофического течения наблюдается в широком диапазоне горизонтальных масштабов: кроме длинноволновых возмущений с фазовой скоростью, превышающей максимальную скорость среднего геострофического течения, и возмущений с масштабами радиуса Россби существуют коротковолновые моды с масштабами, значительно меньшими радиуса Россби (субмезомасштабные структуры). Результаты модели используются для оценки времени образования интрузий в Арктическом бассейне, которые наблюдаются в условиях абсолютно устойчивой стратификации.