146 Глава 4 По экспериментальным данным в Ладожском и Онежском озерах было показано, что расстояние между основными ячейками примерно равно толщине эпилимниона, однако это не всегда соответствует действительности. Так, например, в озере Байкал при толщине эпилимниона около 70 м расстояние между ячейками составляло всего 10 м. При достижении когерентными структурами дна происходит увеличение — горизонтальных размеров ячеек. При наличии термоклина эти движения могут способствовать — генерации — внутренних — волн. — Механизмы формирования этих структур в океане и озерах рассмотрены многими специалистами. Например, их генерация объясняется сдвиговой неустойчивостью в экмановском потоке. А. С.Монин и В.В. Красицкий показали, что для генерации ЦЛ не обязательна нелинейность поверхностных волн, создающая стоксов перенос. Более того, возможны образования ЦЛ и без поверхностных волн. Разрушение ЦЛ может приводить к — генерации мелкомасштабной турбулентности. Циркуляции Ленгмюра, как оказалось, могут существенно влиять на — распределение планктона и характер протекания биохимических процессов в озере. Харрис показал, что в озере Онтарио при наличии ЦЛ разность содержания хлорофилла в слое 0-5 м становится значительно меныше при увеличении скорости ветра с 4 до 10 м/с, а максимум концентрации хлорофилла отмечается в полосах схождения (опускания) ЦЛ. С помощью специально сконструированных — поплавков — нейтральной — плавучести (Рянжин, 1977) в различных фоновых метеорологических условиях измерялись вертикальные нисходящие скорости И в полосах конвергенции ЦЛ. Оказалось, что скорости опускания (вертикальная составляющая скорости течений) положительно коррелируют со средней скоростью ветра. По результатам этих измерений были рассчитаны — соответствующие — линейные (Рянжин, 1977) и степенные (Рянжин, 1980; Филатов и др., 1980) регрессии И от И, которые оказались различными в зависимости от знака числа Ричардсона в приводном слое. Затем в предположении, что в условиях начальной гидростатической устойчивости верхнего слоя озера (частота Вяйсяля-Бранта No ) вся энергия вертикального нисходящего потока в полосах конвергенции ЦЛ тратится на преодоление этой устойчивости, была выведена полуэмпирическая зависимость глубины проник- новения ЦЛ от скорости ветра и частоты МNo Аналогичная зависимость — выведена — для — коэффициента — вертикальной ТЕРМО-ГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ОЗЕРАХ 147 турбулентности — параметризующего — эффект — ЦЛ — на перемешивание эпилимниона (Рянжин, 1979,1980; Филатов и др., 1980). Для объяснения природы ЦЛ известны три различных механизма, которые условно. можно назвать термической или гравитационной конвекцией, экмановской неустойчивостью и ветро-волновым механизмом (Рянжин, 2000). В некотором диапазоне чисел Релея конвективные ячейки Бенара выстраиваются вдоль среднего потока и образуют, таким образом, структуры, очень напоминающие ЦЛ. Поэтому был предложен — механизм — термической — конвекции. — Однако проведенные на озерах натурные наблюдения (Рянжин, 1980; Рянжин, Миронов, 1985; Кеппеу, 1977) показали, что ЦЛ образуются в условиях устойчивой стратификации верхнего слоя водоема и стабилизирующего потока плавучести на границе вода-воздух. Таким образом, термическая неустойчивость не является главным для генерации ЦЛ механизмом. В качестве другого рассматривается механизм экмановской неустойчивости, при которой при воздействии ветра в слое трения возникают упорядоченные вихри с горизонтальными осями (Блохина, Орданович, 2000). В атмосфере эти упорядоченные вихри называют «облачными улицами». Следует отметить, что упорядоченные вихри наблюдались на фоне развитой эк- мановской спирали в океане. Существенным недостатком этой гипотезы формирования когерентных структур заключается в значительном различии эхарактерных временных масштабах экмановской неустойчивости и самих циркуляций Ленгмюра. Третий - известный — механизм — формирования — этих когерентных структур дан Крэйком—Лейбовичем (см. Рянжин, 2000). Эти авторы предлагают две модификации своей теории. Привнципиальной особенностью реализации этих механизмов является появление «вихревой силы» в результате нелинейного взаимодействия сдвигового ветрового течения и стоксова дрейфа поверхностных гравитационных ветровых волн. Оба механизма воспроизводят многие эмпирически установленные особенности ЦЛ. Однако дальнейшая проверка адекватности предложенных механизмов затруднена тем, что пока еще не были проведены натурные и лабораторные эксперименты, воспроизводящие эти механизмы. Как — показывают — расчеты — (Рянжин, 1999, — Блохина, Орданович, 2000) и данные наблюдений на различных водоемах,