1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Известия РАН. Механика жидкости и газа
  4. № 6, 2023

Известия РАН. Механика жидкости и газа, 2023, № 6, стр. 121-131

ОСОБЕННОСТИ ТРАНСФОРМАЦИИ НЕЛИНЕЙНЫХ ВНУТРЕННИХ ВОЛН НА ШЕЛЬФЕ И В ГЛУБОКОМ ОЗЕРЕ

В. В. Кириллов a, *, В. Ю. Ляпидевский b, **, И. А. Суторихин a, ***, Ф. Ф. Храпченков c, ****

a Институт водных и экологических проблем СО РАН
Барнаул, Россия

b Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН
Новосибирск, Россия

c Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН
Владивосток, Россия

* E-mail: vkirillov@iwep.ru
** E-mail: liapid@hydro.nsc.ru
*** E-mail: sia@iwep.ru
**** E-mail: fedi@poi.dvo.ru

Поступила в редакцию 13.08.2023
После доработки 12.09.2023
Принята к публикации 15.09.2023

Аннотация

Характерной особенностью стратифицированных течений в больших водоемах является генерация интенсивных короткопериодных внутренних волн на фронте длинноволновых возмущений. Наиболее выражены нелинейные процессы при распространении придонных и приповерхностных возмущений. Эффективным инструментом исследования волновых процессов в океане является теория многослойной мелкой воды с учетом эффектов нелинейности и дисперсии. Показано, что разработанные математические модели пригодны для описания трансформации нелинейных внутренних волн как в шельфовой зоне моря, так и в глубоких пресноводных водоемах. В частности, проведено сравнение структуры придонных внутренних волн в шельфовой зоне Японского моря и недавно обнаруженных приповерхностных внутренних волн в Телецком озере. Обсуждается механизм генерации интенсивных внутренних волн при возбуждении сейшевых колебаний в узких водоемах. Построены бегущие волны в многослойной жидкости и найдены численные решения нестационарной проблемы генерации внутренних волн. Проведено сравнение с лабораторными экспериментами по генерации пакета короткопериодных внутренних волн при сейшевых колебаниях двухслойной жидкости в длинном канале, а также с зарегистрированной приповерхностной внутренней уединенной волной в Телецком озере.

Ключевые слова: внутренние волны, многослойная мелкая вода, волновой бор, натурный эксперимент, шельф, Телецкое озеро

Список литературы

  1. Helfrich K.R., Melville W.K. Long nonlinear internal waves // Ann. Rev. Fluid Mech. 2006. V. 38. P. 395–425. https://doi.org/10.1146/annurev.fluid.38.050304.092129

  2. Arneborg L., Liljebladh B. The Internal Seiches in Gullmar Fjord. Part I: Dynamics // J. Phys. Oceanogr. 2001. V. 31. P. 2549–2566. https://doi.org/10.1175/1520-0485(2001)031<2549:TISIGF>2.0.CO;2

  3. Hutter C., Yongqi Wang, Chubarenko I. Observation and Analysis of Internal Seiches in the Southern Basin of Lake of Lugano. In book: Physics of Lakes. V. 2. Lakes as Oscillators. Chapter 18. Springer-Verlag. 2011. https://doi.org/10.1007/978-3-642-19112-1_18

  4. Lemmin U., Mortimer C.H., Bauerle E. Internal Seiche dynamics in Lake Geneva // Limnol. Oceanogr. 2005. V. 50. № 1. P. 207–216. https://doi.org/10.4319/lo.2005.50.1.0207

  5. Bourgault D., Kelley D.E., Galbraith P.S. Interfacial solitary wave run-up in the St. Lawrence Estuary // J. Marine Res. 2005. V. 63. P. 1001–1015. https://doi.org/10.1357/002224005775247599

  6. Klymak M., Moum J.N. Internal solitary waves of elevation advancing on a shoaling shelf // Geophys. Res. Lett. 2003. V. 30. № 20. P. 2045. https://doi.org/10.1029/2003GL017706

  7. Серебряный А.Н. Проявление свойств солитонов во внутренних волнах на шельфе // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 1993. Т. 29. № 2. С. 244–252.

  8. Scotti A., Pineda J. Observation of the very large and steep internal waves of elevation near the Massachusetts coast // Geophys. Res. Lett. 2004. V. 31. L22307. https://doi.org/10.1029/2004GL021052

  9. Wallace B.C., Wilkinson D.L. Run-up of internal waves on a gentle slope, // J. Fluid Mech. 1988. V. 191. P. 419–442. https://doi.org/10.1017/S0022112088001636

  10. Sutherland B.R., Barrett K.J., Ivey G.N. Shoaling internal solitary waves // J. Geoph. Res. Oceans. 2013. V. 118. P. 4111–4124. https://doi.org/10.1002/jgrc.20291

  11. Grimshaw R., Talipova T., Pelinovsky E., Kurkina O. Internal solitary waves: propagation, deformation and disintegration // Nonlin. Proces. Geoph. 2010. V. 17. Is. 6. P. 633–649. https://doi.org/10.5194/npg-17-633-2010

  12. Lamb K. Shoaling solitary internal waves: on a criterion for the formation of waves with trapped cores // J. Fluid Mech. 2003. V. 478. P. 81–100. https://doi.org/10.1017/S0022112002003269

  13. Liapidevskii V.Yu., Gavrilov N.V. Large Internal Solitary Waves in Shallow Waters. 2018. P. 87-108. In book: The Ocean in Motion: Circulation, Waves, Polar Oceanography. Editors: M.G. Velarde, R.Yu. Tarakanov, A.V. Marchenko. Springer Oceanography. https://doi.org/10.1007/978-3-319-71934-4_9

  14. Кукарин В.Ф., Ляпидевский В.Ю., Храпченков Ф.Ф., Ярощук И.О. Нелинейные внутренние волны в шельфовой зоне моря // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2019. № 3. С. 38–47. https://doi.org/10.1134/S0568528119030083

  15. Ляпидевский В.Ю., Храпченков Ф.Ф., Чесноков А.А., Ярощук И.О. Моделирование нестационарных гидрофизических процессов на шельфе Японского моря // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2022. № 1. С. 57–68. https://doi.org/10.31857/S0568528122010066

  16. Ляпидевский В.Ю., Турбин М.В., Храпченков Ф.Ф., Кукарин В.Ф. Нелинейные внутренние волны в многослойной мелкой воде // ПМТФ. 2020. Т. 61. № 1. С. 53–62. https://doi.org/10.15372/PMTF20200105

  17. Ляпидевский В.Ю., Чесноков А.А., Ермишина В.Е. Квазилинейные уравнения динамики уединенных внутренних волн в многослойной мелкой воде // ПМТФ. 2021. Т. 62. № 4. С. 34–45. https://doi.org/10.15372/PMTF20210404

  18. Dorostkar A., Boegman L. Internal hydraulic jumps in a long narrow lake // Limnology and oceanography. 2013. V. 58. № 1. P. 153–172. https://doi.org/10.4319/lo.2013.58.1.0153

  19. Horn D.A., Imberger J., Ivey G.N. The degeneration of large-scale interfacial gravity waves in lakes // J. Fluid Mech. 2001. V. 434. P. 181–207. https://doi.org/10.1017/S0022112001003536

  20. Леонтьев А.П., Ярощук И.О., Смирнов С.В., Кошелева А.В., Пивоваров А.А., Самченко А.Н., Швырев А.Н. Пространственно-распределенный измерительный комплекс для мониторинга гидрофизических процессов на океаническом шельфе // Приборы и техника эксперимента. 2017. № 1. С. 128–135. https://doi.org/10.7868/S0032816216060227

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Известия РАН. Механика жидкости и газа

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал