В монографии освещаются различные аспекты волновых возмущений в пограничных слоях атмосферы и океана, а также проблема генерации ими осреднённых термогидродинамических эффектов.

Основное внимание уделяется теоретическому исследованию структуры пограничных слоёв атмосферы и океана, вязких и нелинейных эффектов, обусловленных гравитационными и тепловыми волнами, таких, как перенос масс, осреднённый перенос тепла, отклонение от автомодельного алгоритмического режима скорости ветра над взволнованной поверхностью моря. Предложена модель турбулентного слоя волнового перемешивания.

Для океанологов, метеорологов, геофизиков, а также гидродинамиков и научных сотрудников соответствующего профиля.

Табл. 4. Рис. 57. Список лит.: 198 назв.

Определяющую роль в колебаниях погоды и климата играют изменения в механизме взаимодействия океанов и атмосферы. В физических процессах, протекающих при этом, основное значение имеют пограничные слои, примыкающие к поверхности раздела атмосфера-океан. На их важность в общей проблеме взаимодействия атмосферы и океана указывает, в частности, тот факт, что за последние 15 лет появился ряд монографий, касающихся тех или иных аспектов физики пограничных слоёв. Наиболее известными из них, суммирующими не только оригинальные исследования авторов, но и основные знания, накопившиеся в разных областях изучения термогидродинамики пограничных слоёв, являются получившие всеобщее признание монографии Филлипса «Динамика верхнего слоя океана» (1966); Китайгородского «Физика взаимодействия атмосферы и океана» (1970); Крауса «Взаимодействие атмосферы и океана» (1972).

Физические явления, происходящие в пограничных слоях, играют особую роль: именно через них океан и атмосфера воздействуют друг на друга, а термогидродинамические поля претерпевают здесь наиболее резкие изменения. Как следствие этого возникают большие потоки импульса, механической энергии и тепла, а также значительная диссипация энергии и передача её от одних масштабов к другим. Эти эффекты присущи всем пограничным слоям. Существенной особенностью пограничных слоёв атмосферы и океана, примыкающих к границе раздела, является тот факт, что поверхность раздела между ними подвижна. Это обусловливает передачу через неё не только импульса, но и энергии, и вещества, что в большой степени, усложняет процессы, протекающие здесь, и соответственно их изучение и понимание.

Задача исследования пограничных слоёв сложна и обширна. Она в той или иной степени включает в себя практически все наиболее крупные разделы современной физики моря и классической гидромеханики. Проблема усложняется ещё тем, что в данном случае процессы развиваются при взаимном влиянии атмосферы и океана и в поле силы Кориолиса. Поэтому, как правило, одновременно возникает несколько пограничных слоёв. Это делает ещё более труднодоступной цель исследований.

Но без понимания механизмов, формирующих пограничные слои, и явлений, протекающих в них, принципиально невозможно исследование ветровых волн, теплообмена между океаном и атмосферой и процессов переноса тепла в них самих, формирования верхнего термоклина в океане, ветровых течений и др. Правильное понимание физических процессов в пограничных слоях атмосферы и океана, примыкающих к поверхности раздела, имеет главенствующее значение в решении этих проблем.

До последнего времени теоретические исследования физики волновых возмущений пограничных слоёв атмосферы и океана и интерпретация экспериментальных данных развивались на основе предпосылок о линейности и потенциальности волнового поля. В частности, была построена теория генерации ветровых волн Филлипса-Майлса (1959—1966). Однако экспериментальные исследования верхнего взволнованного слоя океана и приповерхностного слоя атмосферы, выполненные в последние годы […], принципиально изменили представление о физике волновых процессов в пограничных слоях. Эксперименты продемонстрировали нелинейный и вихревой характер волновых полей в пограничных слоях, завихрённость которых в основном определяется турбулентностью. Как следствие этого в слое волнового перемешивания возникают значительные напряжения Рейнольдса и волновые потоки тепла, играющие существенную роль в процессах обмена количеством движения, энергией и теплом. В пограничном слое, кроме того, волны вносят возмущение в среднее поле воздушного потока, вследствие чего он перестраивается, что определяет поток энергии от ветра к волнам. Заметные осреднённые эффекты вызываются волнами и в придонных пограничных слоях.

Все эти вопросы изучены мало, а некоторые из них не исследованы вообще. Без понимания и количественной оценки их невозможен дальнейший прогресс в физике взаимодействия атмосферы и океана. Поэтому исследования данного направления являются актуальными в современной океанологии.

При постановке научных задач, изложенных в монографии, исходным положением явилось то, что для параметризации процессов взаимодействия атмосферы и океана, построения моделей прогноза и оценки состояния гидрофизических полей в океане необходимо знание физических основ явлений, определяющих процессы обмена через границу раздела атмосфера-океан, и причин, формирующих структуру пограничных слоёв, так как через последние происходят все существенные воздействия на океан, а также его взаимодействие с атмосферой…

ВВЕДЕНИЕ

Книги на ту же тему

1. Явления на поверхности океана, Монин А. С., Красицкий В. П., 1985
2. Моделирование и прогноз верхних слоёв океана, Краус Э. Б., ред., 1979
3. Динамика верхнего слоя океана. — 2-е изд., испр. и доп., Филлипс О. М., 1980
4. Микроволновая диагностика поверхностного слоя океана, Райзер В. Ю., Черный И. В., 1994
5. Океанские внутренние волны, Морозов Е. Г., 1985
6. Динамика волновых процессов в пограничных слоях атмосферы и океана, Ефимов В. В., 1981
7. Моделирование тепло- и влагообмена поверхности суши с атмосферой, Гусев Е. М., Насонова О. Н., 2010
8. Синоптическое взаимодействие океана и атмосферы в средних широтах, Гулев С. К., Колинко А. В., Лаппо С. С., 1994
9. Лабораторные модели физических процессов в атмосфере и океане, Алексеев В. В., Киселева С. В., Лаппо С. С., 2005
10. Воздействие тепловых потоков из океана на колебания климата высоких широт, Савченко В. Г., Нагурный А. П., 1987
11. Энергетика атмосферы в полярных областях, Романов В. Ф., Арискина Н. В., Васильев В. Ф., Лагун В. Е., 1987
12. Испарение в атмосферу: Теория, история, приложения, Братсерт У. Х., 1985
13. Динамика приповерхностного слоя воздуха, Бютнер Э. К., 1978
14. Математические модели циркуляции в океане, Марчук Г. И., Кочергин В. П., Саркисян А. С., Бубнов М. А., Залесный В. Б., Климок В. И., Кордзадзе А. А., Кузин В. И., Протасов А. В., Сухоруков В. А., Цветова Е. А., Щербаков А. В., 1980
15. Аналитические методы моделирования планетарного пограничного слоя, Браун Р. А., 1978
16. Прогноз температуры воды в океане, Глаголева М. Г., Скриптунова Л. И., 1979
17. Спектральные модели общей циркуляции атмосферы и численного прогноза погоды, Машкович С. А., 1986
18. Климат и циркуляция океана, Манабе С., Брайен К., 1972
19. Диффузия примесей в океане, Озмидов Р. В., 1986
20. Динамика и прогноз крупномасштабных аномалий температуры поверхности океана (статистический подход), Питербарг Л. И., 1989
21. Проблемы общей циркуляции атмосферы: Труды 3-й Всесоюзной конференции по общей циркуляции атмосферы, Погосян Х. П., ред., 1972
22. Проблемы физики атмосферы. Сборник 5, Кондратьев К. Я., ред., 1967
23. Математические методы в теории пограничного слоя, Олейник О. А., Самохин В. Н., 1997
24. Морские нерегулярные волны, Бычков В. С., Стрекалов С. С., 1971
25. Динамика внутренних гравитационных волн в океане, Миропольский Ю. З., 1981
26. Избранные труды. Нелинейные волны в океане, Воляк К. И., 2002
27. Моделирование вертикальной термической структуры деятельного слоя океана, Калацкий В. И., 1978
28. Введение в теорию волновых движений в океане: Учебное пособие, Фукс В. Р., 1982
29. Океанские приливы: Математические модели и численные эксперименты, Марчук Г. И., Каган Б. А., 1977
30. Избранные труды по физике моря, Штокман В. Б., 1970
31. Физическая природа и структура океанических фронтов, Фёдоров К. Н., 1983
32. Математическое моделирование общей циркуляции атмосферы и океана, Марчук Г. И., Дымников В. П., Залесный В. Б., Лыкосов В. Н., Галин В. Я., 1984
33. Численные методы решения задач динамики атмосферы и океана: Сборник статей, Дмитриева-Арраго Л. Р., Руховец Л. В., Шнееров Б. Е., ред., 1968
34. Численное решение задач динамики атмосферы и океана, Марчук Г. И., 1974