ЛАБОРАТОРНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕНОСА ИМПУЛЬСА И ТЕПЛА В СТАБИЛЬНО СТРАТИФИЦИРОВАННОМ ПОГРАНИЧНОМ ВОЗДУШНОМ СЛОЕ НАД ВЗВОЛНОВАННОЙ ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ

Автор: Максим Игоревич Вдовин

Соавторы: М.И. Вдовин, Д.А. Сергеев, Ю.И. Троицкая

Организация: ИПФ РАН

Турбулентные потоки импульса, явного и скрытого тепла на поверхности моря определяют обмен энергией и импульсом между атмосферой и океаном. На масштабе пограничного слоя, они являются ключевыми параметрами, которые определяют генерацию волн и формирование верхнего перемешанного слоя океана. Вопрос о коэффициентах обмена в приводном пограничном слое (или о параметрах шероховатости) тесно связан с вопросом о влиянии поверхностного волнения, а также брызг на обмен импульсом и массой между атмосферой и океаном.

Была выполнена серия экспериментов на Ветро-волновом канале ИПФ РАН по изучению процессов обмена импульсом и теплом в устойчиво температурностратифицированном турбулентном пограничном слое воздушного потока над взволнованной поверхностью. Эксперименты проведены в широком диапазоне скоростей ветра и параметров волнения, включая экстремальные с интенсивным обрушением волн и образованием брызг. Для создания температурной стратификации пограничного слоя поступающий в канал воздух нагревался до 30-40 градусов. Температура поверхности воды при этом постоянной (около 15 градусов). Скорость ветра на оси канала от 8,8 м/с до 19 м/с, что соответствует эквивалентной скорости 10-35 м/с. Используя разработанный ранее метод профилирования [1] средней скорости и температуры в рабочей секции канала были определены значения коэффициентов обмена импульсом и теплом. Построены зависимости коэффициентов от параметров воздушного потока и характеристик волнения.

Было продемонстрировано, что в отличие от турбулентного потока импульса (скорости трения) и коэффициента обмена импульсом, температурная шероховатость (поток тепла) и, соответственно, коэффициент обмена теплом слабо зависит как от скорости, так и от параметров волнения до начала обрушения волн и генерации брызг. Брызги, которые начинают генерироваться тоже примерно после 27 м/с, приводят к сильному росту теплообмена, и тенденции к насыщению, как у коэффициента обмена импульсом, не наблюдается.

Работа выполнена при поддержке проектов РФФИ 18-05-00265, 17-05-00703, 16-55-52022и РНФ 14-17-00667, гранта Президента СП-1740.2016.1.

1.         Yu. I. Troitskaya, D.A. Sergeev, A.A. Kandaurov, G.A Baidakov, M.A. Vdovin, V.I. Kazakov Laboratory and theoretical modeling of air-sea momentum transfer under severe wind conditions // JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH, VOL. 117, C00J21, 13 PP., 2012 doi:10.1029/2011JC007778