264 
: 
° 
Глава 
6
Велика роль пограничного слоя вода-воздух и в экологических
процессах, поскольку именно здесь сконцентрированы основные
механизмы самоочистки, освобождающие водную поверхность от
многих видов загрязнений и фильтрующие приводный воздушный
поток от газообразных и взвешенных примесей.
Рассматривается начальная стадия ветрового волнения, когда
волны движутся со скоростями, много меньшими средней скоро-
сти ветра на уровне волн-шероховатостей, т.е. когда безразмерный
возраст волны с/ижа имеет порядок единицы. Здесь с — фазовая
скорость энергонесущей компоненты ветровых Волн, иж, — дина-
мическая скорость или скорость трения ветрового потока. Иссле-
дование проведено как на основе собственных материалов авторов,
так и материалов, заимствованных из литературы.
Эксперименты были выполнены в аэрогидроканале гидрофи-
зической лаборатории МГУ. В процессе опытов при различных
ветро-волновых режимах на расстояниях Х < 12м от входа воз-
душного потока в аэрогидроканал определялись вертикальные
профили скорости воздушного потока и дрейфового течения. В пе-
риод экспериментов безразмерный возраст волн С+ = с/ижа и без-
размерный разгон Х*+ = Хз/и2*„ изменялись от 0,6 до 2,5 и от 50 до
2500 соответственно. Измерения проводились в пятидесятисанти-
метровом приводном слое воздуха и в десятисантиметровом при-
поверхностном слое воды в условиях нейтральной стратификации
плотности, как в воздушной, так и в водной среде. Согласно суще-
ствующим представлениям, профили средней скорости воздушно-
го потока и,(2) над водной поверхностью и дрейфового течения
и(2) в воде описываются логарифмическими зависимостями вида
и(г)-и, 
+ а 
(6.5.6)
2‚‚ 
200
и(2)-и, - —а 
(6.5.7)
Х — 20
где и; — поверхностная скорость, Х — постоянная Кармана, ижа И
2оа 
— 
скорость трения и параметр шероховатости ветрового потока,
ижх И 2от — аналогичные характеристики дрейфового течения. Из
этих соотношений легко рассчитать величины динамических ско-
ростей в воздухе ижа И В ВОДе Ич:
‚ СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ В ЛИМНОЛОГИИ. 
265
_ и (@)-#- @)
= Noа(22)-(а) — (658)
и 
—- 
э 
и*]'
“ 
т(2› /21) 
No(22/а))
(в воздухе ось г направлена вверх, в воде — ВНИЗ оТ границы раз-
дела сред ). 
. 
.
Ч,т.смб
З
2 
е 1
^л2
У з
* 4
у 5
! 
У 
хб
‚/ 
У7
Л. 
Д
о 
50° 
° 
100 /._см/с
Рис. .6.5.3. Соотношение между динамической скоростью дрейфового течения иж, И
динамической скоростью встра иж, по данным непосредственных измерений различ-
ных авторов. Прямая линия — зависимость (6.5.12)
Одним из параметров, входящих в выражения для скоростей и
требующих определения, является поверхностная скорость ц.. Ме-
жду величиной и, и скоростью трения воздушного потока ижа Су-
ществует связь вида 
.
и, = 0,55 Ика 
(6.5.9 )
Эта зависимость подтверждена рядом исследователей и хоро-
шо выполняется на материалах, используемых в настоящей работе.
Обычно используемыми характеристиками энергообмена ат-
мосферы и ветровых волн являются плотности потоков импульса и
энергии. Поток импульса ,, поступающий из атмосферц в водоеь.{,
идет на формирование дрейфового течения (т.) и на рост волн ()
та 
= © + т 
' 
(6.5.10 )
Величины т„ и т; могут быть выражены через динамические
скорости ветра ижаи дрейфового течения и+: соответственно:
2
тб = Раизаг 
ти; = р“‚и#т › 
(6.5.1]_ )