ИСТИНА

В докладе представлены результаты экспериментальных исследований структуры и динамики пограничного слоя атмосферы в условиях существования долгоживущих устойчивых и конвективных пограничных слоев, а также при наличии поверхностных неоднородностей различного типа: сликов на морской поверхности, морского льда различной структуры. Особое внимание уделяется исследованию прибрежных регионов. Показано, что стратификация атмосферы влияет на ход обменных процессов в системе океан-атмосфера, и ее учет необходим при разработке климатических моделей [2-4]. Экспериментально подтверждена зависимость коэффициентов обмена от стратификации атмосферы. В частности, уменьшением коэффициента сопротивления с увеличением скорости ветра при неустойчивой стратификации объясняется тот факт, что при конвективных условиях динамическая скорость нулю не равна. Также установлена зависимость параметра шероховатости атмосферы от ее устойчивости. С этим связано явление выглаживания морской поверхности при апвелингах и уменьшение параметра шероховатости в полярных районах, для которых характерны долгоживущие устойчивые пограничные слои. Данные натурных наблюдений также подтверждают, что турбулентность может существовать и при числах Ричардсона выше критического. Исследовано влияния стратификации на морское волнение и экспериментально подтверждена необходимость ввода поправки на состояние атмосферы в формулы для расчета элементов ветровых волн. При неустойчивом состоянии атмосферы процесс развития ветровых волн ускоряется во времени и сокращается по разгону. При устойчивом состоянии – наоборот. Разница в предельных значениях разгона и времени весьма существенна. Изучение воздействия пленок поверхностно-активных веществ и нефтепродуктов на характеристики ветровых волн и динамику приводного слоя атмосферы в настоящее время представляет значительный интерес, прежде всего, в связи с задачами спутникового мониторинга океана, разработкой дистанционных методов идентификации и диагностики техногенных загрязнений различных акваторий, а также зон повышенной биологической продуктивности. Установлено, что изменяя физические свойства нижней границы приводного атмосферного погранслоя, пленки влияют на обмен импульсом, теплом и веществом между атмосферой и морем. Пленка не влияет на волны зыби, но подавляет ветровые волны с высокими частотами. Поэтому над пленкой наблюдается уменьшение интенсивности потока импульса именно в высокочастотной области. Оценка таких эффектов представляет очевидный интерес и для развития оперативных моделей прибрежных акваторий, включая моделирование экосистем, и для климатических исследований. Для полярных районов установлено, что коэффициент сопротивления нелинейно зависит от сплоченности ледяного покрова, относительной площади снежниц на поверхности, от пространственного расположения и высоты торосов, а также от стратификации атмосферы. В прибрежных зонах возникают сложные ветровые циркуляции, а при береговых ветрах над морем формируются переходные внутренние пограничные слои, связанные с неоднородностью геометрических и термических свойств поверхности. Профили средней скорости ветра и интенсивность турбулентности в этом случае существенно отличаются от характеристик пограничного слоя, типичного для условий открытого моря или прибрежных зон с ровным рельефом береговой линии [5]. Также причиной неоднородности турбулентных полей является порывистость сильных береговых ветров и наличие мезомасштабных циркуляций (внутренних атмосферных волн, бризовых явлений и пр.). Анализ измерений, проведенных на морском побережье при переходе воздушного потока с берега на морскую поверхность и наоборот, показал, что его коэффициент сопротивления и суточная изменчивость зависят от направления ветра и характеристик подстилающей поверхности. Благодаря проведенным исследованиям был сделан вывод, что затруднения применимости классических теорий подобия над неоднородными ландшафтами связано, прежде всего, с тем, что к локальному турбулентному перемешиванию, вызванному высокочастотной турбулентностью, здесь добавляются нелокальные процессы, обусловленные неоднородностью генерации турбулентных движений и различными мезомасштабными циркуляциями. Результаты работы могут быть использованы для анализа данных дистанционного зондирования и при расчетах характеристик взаимодействия атмосферы и подстилающей поверхности в региональных и климатических моделях.