АККУМУЛЯЦИЯ ЭНЕРГИИ ВНУТРЕННИХ И ИНЕРЦИОННЫХ ВОЛН В ТУРБУЛЕНТНЫХ РЕЖИМАХ.

Автор: Ильяс Наилевич Сибгатуллин

Соавторы: С.А. Елистратов, Ватутин К.А., Ерманюк Е.В.

Организация: ИОРАН, Москва

На рисунке: Типичная картина волновой турбулентности после каскада неустойчивостей волнового аттрактора (пунктирная линия).

Гравитационно-инерционные волны играют существенную роль в формировании абиссального профиля плотности океана и могут переносить порядка 1 Тв энергии от глобальных баротропных приливов к мелкомасштабным [1]. За исключением отдельных конфигураций топографии дна и характеристик профилей солености и температуры, глубинное волновое движение является турбулентным или стохастическим. В последние годы активно развиваются исследования аккумуляции волновой энергии за счет фокусировки волн на определенных путях вследствие специфического закона отражения от наклонных поверхностей. В общем случае в стратифицированной жидкости, заполняющей область с наклонными границами, формируется волновой аттрактор, ширина которого определяется вязкостью. При этом средняя кинетическая энергия может возрасти в десятки раз. Ламинарный волновой аттрактор виден невооруженным взглядом как в экспериментах, так и при численном моделировании [2-4. Этого нельзя сказать про турбулентные режимы, возникающие из волновых аттракторов после каскада неустойчивостей. Здесь волновой аттрактор на первый взгляд не проявляется, а во всей области наблюдается турбулентное движение, характерные масштабы которого могут изменяться. Однако наше исследование показало, что особенно в областях с большим аспектным соотношением, турбулентные режиме даже после каскада неустойчивостей продолжают насыщаться от линейного механизма фокусировки пучков волн. Причем конечный спектр турбулентного движения сильно отличается в областях с малым, и с большим аспектным соотношением: в случае малого аспектного соотношения доминирует каскад триадных субгармонических неустойчивостей [4], в то время как для большого аспектного соотношения доминирует супергармонические частоты, кратные целой и половинной частотам внешнего воздействия. Данные результат важен для анализа спектров волновой турбулентности в различных областях мирового океана.

1. Garrett, C. & Kunze, E. 2007 Internal tide generation in deep ocean. Annu. Rev. Fluid Mech. 39, 57–87.

2. И. Н. Сибгатуллин and Е. В. Ерманюк. Аттракторы внутренних и инерционных волн (обзор). Прикладная механика и техническая физика, (2):113–136, 2019.

3. Ilias Sibgatullin, Evgeny Ermanyuk, Leo Maas, Xu Xiulin, and Thierry Dauxois. Direct numerical simulation of three-dimensional inertial wave attractors. IEEE Conference Proceedings, page 17526262, 2017. 

 4. C. Brouzet, I. N. Sibgatullin, H. Scolan, E. V. Ermanyuk, and T. Dauxois. Internal wave attractors examined using laboratory experiments and 3d numerical simulations. Journal of Fluid Mechanics,