Стратификация и частота устойчивости

Плотностной стратификацией воды называют распределение плотности воды по вертикали, которое определяет условия равновесия в море и характеризуется вертикальным градиентом плотности. Плотностная стратификация может быть устойчивой, безразличной и неустойчивой.

Неоднородная по плотности вода в поле силы тяжести стремится стратифицироваться устойчиво, так что плотность возрастает с глубиной - наблюдается положительный градиент плотности.
Если верхние слои обладают меньшей плотностью по сравнению с нижележащими слоями, то вся водная масса оказывается в устойчивом состоянии. Устойчивость слоев в море, тем больше, чем больше положительный вертикальный градиент плотности (исправленный поправкой на адиабатическое изменение температуры).
Если менее плотная вода находится над более плотной, граница раздела между ними устойчива (dp/dz gt; 0 - плотность слоев воды увеличивается с глубиной). В таком случае водные слои находятся в устойчивом состоянии (равновесии).
Если более плотная вода находится над менее плотной, то жидкость неустойчива (неустойчивое равновесие при dp/dz lt; 0 - плотность слоев воды убывает с ростом глубины). Более плотная вода будет опускаться под менее плотную.
В том случае, когда плотность перемещенной частицы будет равна плотности окружающих частиц, имеет место безразличное равновесие (dp/dz = 0 - плотность слоев воды не меняется по глубине).
Таким образом, устойчивость определяется величиной архимедовой силы, действующей на смещенный по вертикали объем воды. Чем больше устойчивость, тем большую работу требуется произвести против архимедовых сил. То есть устойчивость препятствует всем видам перемешивания. В состоянии устойчивого равновесия водных слоев конвекция полностью исключается.
Наибольшая устойчивость наблюдается в слое скачка плотности, где положительный вертикальный градиент плотности достигает максимума.

Слой скачка - слой воды в океане или море, в котором резко изменяется вертикальный градиент океанологических характеристик (температуры, солености, плотности) относительно вышележащих или нижележащих слоев.

Явление неустойчивой стратификации вод связано с развитием в них гомотермии и гомохалинности. При этих условиях достаточно небольшого охлаждения, чтобы поверхностные воды сделались более тяжелыми и стали бы опускаться вниз.
Чем больше увеличение плотности воды с глубиной, тем выше устойчивость стратификации вод. Но насколько она устойчива? В океанологии в качестве показателя степени устойчивости плотностной стратификации вод океана принимают частоту вертикальных колебаний частиц воды N:
(7.1)
где g - ускорение свободного падения; c - скорость звука; cp и cv - удельная теплоемкость воды соответственно при постоянном давлении и объеме; (dp/dz)P - вертикальный градиент плотности при постоянном давлении.
В уравнении (7.1) обычно пренебрегают последним слагаемым, поскольку cp ~ cv, следовательно, частота устойчивости может быть выражена как
(7.2)
Частоту устойчивости N часто называют частотой Вяйсяля - Брента или частотой стратификации. Частота выражает величину устойчивости и является фундаментальной переменной в динамике стратифицированной жидкости. В простейшем виде она может быть интерпретирована как вертикальная частота (колебаний), вызванная вертикальным перемещением частицы жидкости. Обычные значения N составляют несколько периодов в час.
При N gt; 0 наблюдается устойчивая, при N = 0 - равновес-
2
ная и при N lt; 0 - неустойчивая стратификация вод. 

Еще по теме Стратификация и частота устойчивости:

1. Общие закономерности вертикальной стратификации микробных сообществ
2. Электротерапия импульсными токами низкой частоты и напряжения
3. 2.2.1.3. Изучение частоты встречаемости и плотности популяции грибов рода Malassezia в слуховом канале животных с проявлениями отитов
4. 2.2.1.2. Изучение частоты встречаемости и плотности популяции грибов рода Malassezia в слуховом канале клинически здоровых животных
5. Устойчивость генов, прошедших естественный отбор
6. УСТОЙЧИВОСТЬ БОЛОТНЫХ СИСТЕМ
7. Структура и устойчивость экосистем
8. V УСТОЙЧИВОСТЬ К ГИПЕРТЕРМИИ
9. УСТОЙЧИВОСТЬ БОЛОТНЫХ ЭКОСИСТЕМ
10. Устойчивость к перегреву
11. Устойчивость растений к неблагоприятным условиям
12. 8* Устойчивость системы. Межцарства
13. УСТОЙЧИВОСТЬ БОЛОТ К ИЗМЕНЕНИЮ КЛИМАТА:ВОЗМОЖНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ АНАЛИЗА
14. Устойчивый изотоп 13С в экологии
15. СУБЕРИН КАК ФАКТОР УСТОЙЧИВОСТИ ВИНОГРАДА К ФИЛЛОКСЕРЕ