Поскольку коэффициенты вязкости и диффузии для воздуха и воды малы, то можно подумать, что их эффектами можно пренебречь совсем. Однако их важность для крупномасштабных движений уже обсуждалась, а их эффекты вблизи границ являются особенно существенными. Например, условие (4.11.11) требует непрерывности касательной компоненты скорости в атмосфере и в океане на границе раздела, тогда как невязкая модель дает большой разрыв касательной скорости. На деле это приводит к большому сдвигу или градиенту скорости около границы. Толщина области большого сдвига (называемого пограничным слоем) определяется коэффициентом вязкости, если сдвиг достаточно мал, как в некоторых лабораторных ситуациях. Однако в атмосфере и океане сдвиг (см. разд. 2.4) почти всегда так велик, чтэ малые возмущения растут самопроизвольно, забирая энергию от сдвигового течения и создавая при этом турбулентный пограничный слой. Перенос импульса, тепла, влажности, соли и т. д. в таких случаях происходит путем вихревого движения, исключая очень тонкий слой около границы, в котором преобладают процессы молекулярного переноса. Природа вихревого движения (и, следовательно, значения скоростей переноса) неполностью определяется сдвигом. Конвекция, связанная с тем, что тяжелая жидкость лежит над легкой, также может создавать вихри или изменять вихри, вызванные сдвигом. На скорости переноса могут также влиять свойства поверхности или некоторым прямым воздействием, или косвенно через форму поверхности (загрязнения меняют свойства волн и скорости переноса импульса волнами). Для моделирования крупномасштабных движений атмосферы и океана детальная структура пограничного слоя не может быть учтена. Вместо этого скорости переноса через границу связываются со свойствами границы и свойствами атмосферы или океана на некотором расстоянии от границы. В частности, такое представление эффектов турбулентного сдвигового потока принимает вид, указанный в разд. 2.4. Например, касательное напряжение на дне океана или на нижней границе атмосферы можно вычислить согласно (2.4.1). Существование этого напряжения ведет к тому, что энергия отнимается от океана или от атмосферы, так что этот эффект иногда называется «донным трением». Потоки тепла и воды между океаном и атмосферой рассматриваются аналогичным способом с использованием эмпирических граничных условий типа рассмотренных в гл. 2.
Скачать страницу
[Выходные данные]
