Внутренние волны на внешнем и внутреннем шельфе пролива Западная Соловецкая салма по данным наблюдений 2011 года

волнение шельфовый мое

Внутренние гравитационные волны - довольно распространенное явление, обычно встречающееся в стратифицированных водах океанов, морей и крупных пресноводных озер. Основной причиной существования внутренних волн является устойчивая стратификация вод океана, при которой средняя плотность воды увеличивается по направлению ко дну.

Размеры и скорость перемещения внутренних волн во многом определяются их природой, происхождением и развитием. Как и любое волновое движение, внутренние волны представляют собой колебания частиц около положения равновесия на различных глубинах в воде с изменяющейся плотностью. Под действием какой-либо внешней силы в океане нарушается природное равновесие слоев. В результате частицы воды погрузятся на глубину, зависящую от градиента плотности и приложенного усилия.

Достигнув глубины, где плотность окружающей воды и частиц различна, они не остановятся, а по инерции будут погружаться в более плотные слои. Погружение будет продолжаться до тех пор, пока силы инерции не уравновесятся силами плавучести. Затем частицы начнут подниматься. Поскольку частицам будет сообщено некоторое ускорение, они по инерции пройдут положение равновесия, в котором находились до погружения.

Войдя в слои с меньшей плотностью, частицы воды остановятся, а затем начнут снова погружаться. Колебания будут продолжаться до тех пор, пока действует вызвавшая их внешняя сила. После прекращения действия силы амплитуда колебаний станет уменьшаться, и колебания будут затухать.

Внутренние волны могут возникать непосредственно под действием внешних сил: приливообразующих и метеорологических. Они также могут возникнуть вследствие резонанса между поверхностными волнами и собственными колебаниями в слое скачка плотности, между внутренними волнами на различных глубинах, а также между колебаниями атмосферного давления и собственными колебаниями поверхности раздела слоев.

Внутренние приливные волны распространяются во всей массе жидкости, и их период, как правило, равен периоду приливообразующей силы: примерно 6 часов при полусуточных приливах и 12 часов - при суточных.

По размерам и периоду внутренние волны можно подразделить на длинные, короткие и стоячие. Длинные волны появляются тогда, когда общая глубина моря мала по сравнению с длиной волны. Такие волны, как правило, имеют приливное или барическое происхождение. Интересно, что скорость их перемещения гораздо меньше, чем скорость перемещения длинных волн на поверхности; при одинаковом периоде они, кроме того, гораздо короче последних.

Причина таких различий - большая разница градиентов плотности на границах разделов вода - воздух и в слое скачка, которая одновременно является мерилом легкости (и трудности) происхождения волны.

Ясно, что поверхностная волна испытывает большее сопротивление при движении, чем волна внутренняя.

Наиболее часто внутренние волны генерируются при трансформации приливного потока под воздействием рельефа дна или возбуждаются приливом около границы материкового склона; поэтому приливные волны наиболее распространенный тип внутренних волн.

1. Описание особенностей внутреннего волнения в шельфовой зоне Белого моря

Постоянно действующим источником поступления энергии к внутренним волнам в Белом море является баротропный прилив, при этом основной энергонесущей гармоникой выступает главная лунная полусуточная волна. Баротропные приливные течения взаимодействуют с неровностями дна, что вызывает вертикальные составляющие скорости потока, которые приводят к смещениям изопикнических поверхностей и образованию внутренних волн.

Внутренняя волна, двигаясь по шельфу к берегу, как правило, испытывает значительную трансформацию и порождает нелинейные волны в виде боров и солитонов (структурно устойчивая уединённая волна, распространяющаяся в нелинейной среде). Иногда они представляют собой интенсивные короткопериодные внутренние волны, которые получили свое название из-за значительных амплитуд.

Специальные эксперименты по измерениям внутренних волн в Белом море выявили только присутствие короткопериодных волн небольших высот (1-2 м) и длинных колебаний - полусуточного периода амплитудой 6-8 м. Детальное исследование внутренних волн в Белом море проводилось преимущественно на основе математического моделирования. Эти работы позволили получить общие представления об изменчивости поля внутренних волн, в первую очередь связанных с полусуточным приливом. Были определены районы генерации внутренних волн, их амплитуды, произведены оценки изменчивости приливной энергии в течение приливного цикла.

Главными районами возбуждений внутренних приливных волн являются участок к северу от входа в пролив Западная Соловецкая салма, где наклоны дна критические или сверхкритические, и участок на выходе из Горла, где наклоны дна некритические, но баротропные скорости намного больше, чем в проливе, связывающем Бассейн и Онежский залив. Также было показано, что внутренние волны приливного периода имеют амплитуды до 8 м и диссипируют локально, не успевая распространиться далеко за пределы очагов генерации.

Схема расположения районов работ выполняемых 20-24.07.2011 года

Итак, на основе измерений выполненных в апреле 2011 г. были построены и анализированы графики частоты плавучести, рассчитаны параметры Урселла для каждой волны исследуемого полигона на шельфе Белого моря. Описаны особенности внутреннего волнения. Оценены изменчивости характеристик с привязкой к особенностям региона.

Список литературы