Моделирование влияния неоднородности стратификации на поле внутренних волн в океане
Authors: Князьков Д.Ю. 
Published: December 2024

В работе исследуется распространение внутренних гравитационных волн в идеальной стратифицированной жидкости, порождаемых взаимодействием течения с подводным препятствием. Рассмотрен случай переменной по глубине стратификации. Разработан численный алгоритм и компьютерная программа, позволяющие рассчитывать поля скоростей, смещений, давление в толще жидкости. Компьютерная программа верифицировалась путем сравнения результатов расчетов с известными асимптотиками дальнего поля для случаев движения массового источника в однородно стратифицированной жидкости горизонтально (B. Voisin) или под углом к горизонту (M.M. Scase, S.B. Dalziel). С помощью разработанной компьютерной программы исследуется влияние неоднородности стратификации на поле внутренних волн. Рассмотрен случай, когда значение стратификации в некотором горизонтальном слое в несколько раз отличается от стратификации в остальной области, при этом этот скачок стратификации задается сглаженной ступенчатой функцией. С помощью аналитически заданной функции моделировалось непрерывное распределение стратификации, когда зависимость стратификации от глубины имела форму сезонного термоклина. Было показано, что наличие слоя скачка стратификации существенно ослабляет поле внутренних волн в случае, когда источник возмущения находится ниже, а плоскость наблюдения выше этого слоя. Были проведены расчеты для переменной по глубине стратификации, когда вид профиля зависимости частоты плавучести от глубины задавался на основе данных натурных измерений. Было установлено сильное влияние неоднородности стратификации на картину распространения внутренних гравитационных волн.

The paper considers the propagation of internal gravitational waves in an ideal stratified fluid generated by the interaction of a current with an underwater obstacle. The case of a variable in depth stratification is considered. The numerical algorithm and the computer program have been developed that allow calculating velocity fields, displacements, and pressure in the thickness of the fluid. The computer program is verified by comparing the calculation results with known far-field asymptotics for the cases of motion of a mass source in a homogeneously stratified fluid horizontally (B. Voisin) or at an angle to the horizon (M.M. Scase, S.B. Dalziel). Using the developed computer program, the influence of the heterogeneity of stratification on the field of internal waves is investigated. The case is considered when the value of stratification in a certain horizontal layer differs several times from stratification in the rest of the region, while this jump in stratification is set by a smoothed step function. A continuous distribution of stratification is modeled using an analytically defined function, when the dependence of stratification on depth took the form of a seasonal thermocline. It has been shown that the presence of a stratification jump layer significantly weakens the field of internal waves in the case when the source of the disturbance is below and the observation plane is above this layer. Calculations are carried out for the variable in depth stratification, where the profile of the dependence of the buoyancy frequency on the depth is set based on field measurements. The strong influence of the heterogeneity of stratification on the pattern of propagation of internal gravitational waves has been established.