150 Глава 4 находится из уравнения баланса энергии для мелкомасштабной составляющей турбулентного потока. В качестве безразмерных единиц приняты: единицы длины - Та=Н; скорости ветра —{/, = И/ [ёН › времени / = /Н/г ; темпера- туры — @„=!/Во; потоков тепла (2,, =соро\/—871. /Во- Здесь Во — коэффициент температурного расширения воды; Х = @Н — безразмерный период повторения когерентных структур в горизонтальном направлении; у = ут/ Н@ — безразмерный коэффициент турбулентного обмена; В = ОО„ — безразмерный радиационный поток тепла, гдёе масштабом потока является ‚ = риСИрь ®) = Во(Т,—7.). Верификация модели проводилась по данным натурных измерений циркуляций Ленгмюра в нескольких экспедициях на Можайском водохранилище. Были отобраны серии наблюдений, когда наличие пенных полос было особенно продолжительно и ярко выражено. По данным гидрометеорологических наблюде- ний за эти сроки было отмечено, что верхний квазиоднородный слой устойчиво охлаждался, теряя через поверхность водоема около 100 Вт/м’. При этом температура воды умевьышалась равномерно по всему слою, что свидетельствует об интенсивном перемешивании слоя. Используя при моделировании данные наблюдений (скорость ветра, относительную влажность воздуха, температуру воздуха и воды на нижней границе перемешанного слоя, радиационные потоки тепла) были получены профили скорости и тёемпературы дрейфового течения, а также характеристики циркуляций Ленгмюра — поля распределения температуры, — продольные, — вертикальные и — поперечные составляющие скорости в конвективном вихре, коэффициент турбулентной вязкости и другие характеристики..Некоторые из этих результатов расчетов можно сопоставить с данными натурных — наблюдений. Результаты — такого — сопоставления позволяют считать, что в целом — математическая — модель циркуляций Ленгмюра, основанная на теории когерентных структур в турбулентных потоках, правильно — описывает реальные проявления циркуляций Ленгмюра. Блохина и Орданович провели исследование условий возникновения и оценку параметров ЦЛ при различных гидрометеорологических условиях и поверхностных загрязне- ниях. Моделирование ЦЛ при различных гидрометеорологи- ТЕРМО-ГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ОЗЕРАХ 151 ческих условиях позволило получить характеристики как средних течений, так и когерентных структур. В зависимости от этих условий ЦЛ существовали до скоростей ветра 7-14 м/с. В модельных расчетах наблюдалась отмеченная неоднократно в экспериментах и натурных наблюдениях асимметрия вихревых структур. Зона, в которой происходит подъем жидкости в циркуляциях, шире области опускания. Центры циркуляций Ленгмюра смещены к верхней границе и к области конвергенции. Вёртикальная составляющая скорости движения жидкости в местах конвергенции имеет большее значение, чем в области подъема. В зонах конвергенции жидкость более холодная на всех горизонтах. Скорости вертикального движения в вихрях и другие характеристики достигают максимума при скоростях ветра 3-6 м/с (рис.4.7.2) в зависимости от гидрометеорологических условий. ® Наличие максимума параметров ЦЛ объясняется тем, что увеличение скорости ветра приводит к росту интенсивности мелкомасштабной , см/с турбулентности и к росту , коэффициента турбулентного обмена. При значительных — 1,6 скоростях ветра происходит увеличение потоков скрытого и явного тепла, однако тур- — 0,8 булентный обмен становится настолько — болышим, — что конвекция — полностью — по- 0 давляется. о246 юр С помощью описанной модели были смоделированы Рис. 4.7.2 Максимальная вертикальная режимы, при которых ЦЛ скорость (Л в циркуляциях Ленгмюра возникали при температур® — взависимости от скорости ветра . воздуха больше температуры воды. Кривая 2 на.рис.4.7.2 соответствует именно. этому случаю (перепад температур вода- воздух. составлял АТ= -2 °С). Кривая / соответствует перепаду АТ = 2°С. Видно, что при АТ = -2 °С ЦЛ прекращают свое существование при меныших скоростях ветрах, чем во втором случае. Вихри в первом случае менее интенсивны. Максимальная вертикальная скорость подъема воды приблизительно в 2,5 раза 1,2