Результаты численного моделирования перемешивания и транспорта над прибрежным склоном при сезонном выхолаживании с поверхности - Статья

Результаты численного моделирования перемешивания и транспорта над прибрежным склоном при сезонном выхолаживании с поверхностиПроцесс сезонного горизонтального водообмена над прибрежным склоном крупного водоема исследуется по результатам численного моделирования на трехмерной гидродинамической модели MIKE3-FLOWMODEL (DHI). Параметры бассейна воспроизводят масштабы северного склона Каспийского моря. Показано, что объем сползающих по склону холодных вод линейно растет с глубиной и пропорционален горизонтальному градиенту плотности над склоном.Крупномасштабная горизонтальная конвекция - сложный и малоизученный механизм, требующий специальных усилий и в натурных исследованиях, и в численном моделировании. Наше внимание в этой работе сосредоточено на результатах трехмерного численного моделирования, поскольку возникающие течения носят конвективный характер, следовательно, именно численное моделирование является основным инструментом изучения общей структуры полей температуры и течений. При этом, однако, само моделирование данного процесса также представляет определенную трудность, поскольку требует от модели и корректного баланса вертикального и горизонтального обмена импульсом и теплом, и аккуратного задания условий теплообмена на поверхности. Прототипом бассейна, для которого проводилось моделирование, явились северная часть Каспийского моря, где зимняя вертикальная конвекция достигает глубин 250-300 м, и длина северного склона, где конвекция достигает дна и формируются холодноводные каскады, превышает 120 км [3]. В работе проанализированы следующие варианты расчетов: (Н) - гидростатическая модель без учета действия силы Кориолиса; (N) - негидростатическая модель без учета действия силы Кориолиса; (С) - негидростатическая модель с учетом действия силы Кориолиса.Структура полей течений и температуры воды обусловлена совместным действием вертикальной термогравитационной конвекции изза выхолаживания с поверхности и горизонтальной адвекции, вызванной разницей плотностей в мелкой и глубокой частях бассейна. В целом, в динамике изменения полей течений в верхней части склона (до глубины 60 м) ясно прослеживается суточный ритм: усиление горизонтального переноса при усилении вертикальной стратификации вечером сменяется интенсивным вертикальным перемешиванием утром. В более глубоких областях суточный ритм не прослеживается, уступая место общему сползанию холодных вод вниз по склону. Обобщая результаты, можно сделать вывод, что существует прибрежная область размером приблизительно 20% длины склона, где горизонтальная адвекция в суточном ритме прерывает работу вертикальной конвекции. Общая динамика течений и структура поля температур воспроизводятся всеми моделями удовлетворительно: опускание вдоль склона более холодной и тяжелой воды из прибрежной зоны компенсируется притоком более теплой воды из глубокой части в поверхностном и промежуточном слоях.Проведенные расчеты и их анализ позволили прояснить особенности самого механизма - выявить структуру и динамику соответствующих полей температуры и течений, связать горизонтальный градиент температуры со скоростью нарастания расхода течений вниз по склону и выявить особенности распространения примеси от источников в различных частях бассейна.