Моделирование зональных геострофических течений во вращающемся слое мелкой воды

Abstract

Установлено, что при постоянной глубине вращающейся жидкости по вертикали зональные течения устойчивы. Приведены измерения радиальных профилей уровня и скорости течения в устойчивом режиме. Установлено, что структура зональных течений принципиально меняется при изменении полярности системы источник-сток. Исследован также нестационарный процесс установления зональных течений, происходящий после мгновенного включения системы источник-сток. Показано, что характерное время установления не зависит от интенсивности прокачки жидкости и практически линейно растёт с увеличением полной глубины. Теоретические исследования выполнены в рамках системы уравнений теории мелкой воды с включением слагаемых, описывающих придонное трение. Построены нестационарные решения этой системы, описывающие процесс установления стационарных течений. Получено аналитическое выражение для характерного времени установления. Для расчёта структуры стационарных течений разработана также нелинейная модель пограничного слоя Экмана, учитывающая адвективный перенос массы в погранслое. Показано, что в пределе малых значений числа Россби результаты моделей хорошо согласуются между собой и с результатами эксперимента.