Калашник М.В. «Линейная динамика волн иди в присутствии горизонтального сдвига» Известия РАН. Физика атмосферы и океана, 45, № 6, с. 764-773 (2009)

В рамках квазигеострофического приближения исследована задача об устойчивости течения стратифицированной вращающейся жидкости с постоянными вертикальным и горизонтальным сдвигами. Показано, что учет горизонтального сдвига приводит к качественному изменению динамики волн Иди – волновых решений с нулевой потенциальной завихренностью. Основная особенность связана с эффектом врeменного экспоненциального роста неустойчивых волн, т.е. роста на конечном временнoм промежутке. Этот эффект проявляется в чередовании стадий гладкого осциллирующего проведения (во времени) со стадиями экспоненциального (взрывного) роста конечной продолжительности. Дана кинематическая интерпретация эффекта врeменного экспоненциального роста, связанная с прохождением зависящего от времени волнового вектора возмущения через область экспоненциальной неустойчивости, существующей в отсутствие горизонтального сдвига. Наряду с динамикой отдельных волн Иди, исследован также процесс генерации этих волн начальным возмущением, заданным одной пространственной фурье-гармоникой. Показано, что этот процесс сопровождается возбуждением немодальных волн с изменяющимися во времени горизонтальным и вертикальным волновыми числами и потенциальной завихренностью, отличной от нуля. Взаимодействие немодальной волны с фоновым потоком приводит к алгебраическому росту волны Иди на начальной стадии циклогенеза.

Бондур В.Г., Гребенюк Ю.В., Ежова Е.В., Казаков В.И., Сергеев Д.А., Соустова И.А., Троицкая Ю.И. «Поверхностные проявления внутренних волн, излучаемых заглубленной плавучей струей. Часть 1. Механизм генерации внутренних волн» Известия РАН. Физика атмосферы и океана, 45, № 6, с. 833-845 (2009)

В большом опытовом бассейне с искусственной температурной стратификацией ИПФ РАН выполнено масштабное лабораторное моделирование нестационарной динамики плавучих турбулентных струй, формирующихся при истечении пресных вод из диффузоров подводных коллекторов. При взаимодействии всплывающих струй с пикноклином происходит интенсивная генерация внутренних волн. Анализ зависимости амплитуды волн от управляющего параметра, пропорционального скорости истечения жидкости из диффузора коллектора, показал, что она хорошо описывается функцией, характерной для присутствия в системе бифуркации Хопфа, которая имеет место при мягком режиме возбуждения автоколебаний глобально неустойчивой моды. Для проверки условий возбуждения глобально неустойчивой моды был проведен вспомогательный эксперимент в малом бассейне с солевой стратификацией в постановке, аналогичной эксперименту в большом бассейне. Методом Particle Image Velocimetry было измерено поле скорости во всплывающей струе и построены профили продольной скорости в нескольких сечениях. При приближении струи к пикноклину на краях струи формируется противотечение. Анализ устойчивости полученных профилей скорости течения методом нормальных мод показал, что для участков струи с противотоком выполняется условие абсолютной неустойчивости по критерию Бриггса для осесимметричных колебаний струи, что является признаком возбуждения глобально неустойчивой моды. Оценки частот колебаний глобально неустойчивой моды находятся в хорошем количественном согласии с измеренным спектром колебаний струи.

Ермакова О.С., Мальков Ю.А., Сергеев Д.А., Троицкая Ю.И. «Лабораторное исследование нелинейных течений, возбуждаемых стоячими поверхностными волнами в жидкости» Известия РАН. Физика атмосферы и океана, 45, № 6, с. 846-853 (2009)

Проведено экспериментальное исследование перемешивания, вызванного стоячими поверхностными волнами в жидкости. Показано, что основным механизмом, приводящим к возникновению перемешивания, являются средние течения, генерируемые стоячими волнами. Режим таких течений сильно зависит от амплитуды поверхностных волн. Для волн с амплитудами, близкими к критическим, наблюдается интенсивная турбулизация средних течений. Получены картины среднего поля скорости с помощью использования техники Particle Imaging Velocimetry для различных амплитуд поверхностных волн. Полученные результаты могут быть использованы для оценки перемешивания в приповерхностном слое океана.