Наблюдения турбулентных потоков на платформе-башне раскрывают механизм влияния ветровых волн на приземный ветер

Недавно в журнале Science China Earth Sciences было опубликовано исследование доцента Шенг Чена и профессора Фангли Цяо из Первого института океанографии Министерства природных ресурсов КНР. На основе данных наблюдений с прибрежной платформы-башни был раскрыт механизм влияния ветровых волн на напряжение ветра, и было обнаружено, что ветровые волны могут его увеличивать.

Поскольку напряжение ветра играет ключевую роль в воздушно-морском взаимодействии, влияние океанских поверхностных волн на него привлекает всё больше внимания. В зависимости от механизма генерации поверхностные волны делятся на ветровые волны и зыбь, и их модулирующее воздействие на напряжение ветра существенно различается.

Ранее, используя данные наблюдений с платформы-башни в Южно-Китайском море, та же исследовательская группа раскрыла влияние зыби на напряжение ветра, обнаружив, что зыбь может его уменьшать. Индуцированное зыбью напряжение позволяет скорректировать положительное отклонение между традиционным турбулентным напряжением, вызванным ветром, и наблюдаемыми значениями. Эти результаты были опубликованы в октябре 2020 года в Geophysical Research Letters. Однако из-за отсутствия синхронных данных наблюдений за ветровыми волнами и потоками импульса при умеренных и сильных ветрах, понимание модулирующего эффекта именно ветровых волн на напряжение ветра было недостаточным.

Поэтому при поддержке предприятия по добыче нефти на шельфе Шэнлиской нефтяной компании Sinopec на платформе-башне в южной части Бохайского моря была установлена высокочастотная система наблюдений за турбулентностью. Она позволила синхронно наблюдать ветровые волны и потоки во время воздействия холодного воздуха. Анализ показал, что состояние ветра и волн при северо-западных и северо-восточных ветрах различается, что приводит к разному напряжению ветра. Традиционно рассчитываемое турбулентное напряжение ветра отклоняется от наблюдаемых значений, и степень отклонения зависит от скорости ветра и состояния волн, причём наибольшее отклонение вызывают сильный ветер и волнение. Индуцированное ветровыми волнами напряжение позволяет скорректировать отрицательное отклонение между традиционным ветровым напряжением и наблюдаемыми значениями.

Численные модели океана и климата должны учитывать различное влияние зыби и ветровых волн на напряжение ветра для улучшения моделирования и прогнозирования. Модель волнового пограничного слоя (Wave Boundary Layer Model, WBLM) может отображать эффекты волн в разных состояниях в форме индуцированного волнами напряжения.