Ячейки Бенара и циркуляция Ленгмюра

Наблюдениями установлено, что плотностные конвективные течения воды в водоемах осуществляются в форме ячеистой конвекции: на поверхности воды ячеистая конвекция проявляется в виде шестиугольников (рис.

7.6). Эту форму конвекции в лабораторном эксперименте впервые наблюдал Бенар в 1900 г., отсюда термин «ячейки Бенара».
Ячейки Бенара наблюдаются чаще ночью при интенсивном, преимущественно радиационном выхолаживании поверхности воды в конце лета - начале осени в штилевую безоблачную погоду. При развитой конвекции конвективные ячейки имеют про-

странственный характер в форме шестигранных призм, у периферии которых конвективные токи направлены вниз - реактивная струя, а в центре конвективные токи направлены вверх - активная струя. Активная струя несет большую энергию - она теплее, поэтому поднимается.
Примерно такой же характер конвективных ячеек обнаружен Е.Г. Архиповой и Г.В. Ржеплинским при наблюдениях на Клязьминском водохранилище. По их наблюдениям, размер ячеек был равен 10-15 см.

Описанный выше характер конвекции при наличии ветра резко изменяется. Нобелевский лауреат Ирвинг Ленгмюр был первым, кто описал структуру «взаимодействующей подповерхностной циркуляции вихрей переменного знака», которая теперь носит его имя, и высказывал мнение, что это является ключевым механизмом при создании слоя перемешивания. Ленгмюр обратил внимание на скопление водорослей в северной части Атлантического океана, вытянутые в виде полос в направлении ветра. Позднее для выявления природы этого явления он провел серию экспериментов на оз. Джорж (США).
Индикатором присутствия циркуляции Ленгмюра служат полосы конвергенции, приблизительно параллельные ветру, часто выделенные «полосами» пены (рис. 7.7) и других плавающих обломков. Характерные особенности «ленгмюровских» полос: 1) появление начиная с некоторых скоростей ветра, совпадение с направлением ветра, 3) относительная периодичность в пространстве и распространенность на обширной акватории, 4) способность быстро перестраиваться за изменением направления ветра.


Рис.

7.7. Схема циркуляции Ленгмюра


Расстояние между соседними полосами конвергенции (L0) или поперечный размер циркуляционных ячеек изменяются в широких пределах: от нескольких метров до сотен метров. Иногда среди множества полос выделяются хорошо заметные с обильным количеством маркирующего материала - так называемые основные полосы, расстояние между которыми равно L0. Между ними располагаются менее четко выраженные, вторичные, полосы с расстояниями Le (L0gt;Le). В полях ячеек обоих масштабов обнаруживаются групповые структуры.
Помимо вертикальной (w) и поперечной (и) составляющих вектора скорости в циркуляционных ячейках присутствует продольная (и) составляющая, достигающая максимума в полосах и минимума между полосами конвергенции; различия возрастают со скоростью ветра.
Важной особенностью циркуляции Ленгмюра являются мощные нисходящие движения в полосах конвергенции, приводящие к интенсивной передаче энергии и вещества нижележащим слоям. При этом опускание частиц воды происходит в относительно узких полосах конвергенции, тогда как подъем - в широком пространстве между ними.
Анализ экспериментальных работ позволяет сделать ряд выводов. Обычно наблюдаются циркуляции основного и вторичного масштабов, визуально различающиеся по сосуществованию ярко выраженных основных и слабо заметных вторичных полос конвергенции. Циркуляции вторичного масштаба локализованы в тонком поверхностном слое, тогда как циркуляции основного существенно влияют на формирование и эволюцию квазиоднородного слоя. Интенсивное перемешивание, сопровождающее циркуляции, связано с сильными нисходящими токами в полосах конвергенции. Циркуляции возникают при некоторых «критических» скоростях ветра. Поперечные размеры циркуляционных ячеек варьируют в зависимости от фоновых гидрометеорологических и морфометрических условий. Циркуляция Ленгмюра - это результат плотностной неустойчивости, возникающей при охлаждении поверхностного слоя воды под действием ветра. 

Еще по теме Ячейки Бенара и циркуляция Ленгмюра:

1. ЯЧЕЙКА
2. Циркуляция воды в Мировом океане
3. Температура и циркуляция воды в Мировом океане
4. РАССТРОЙСТВО ЦИРКУЛЯЦИИ ЛИМФЫ
5. ГЛАВА ШЕСТНАДЦАТАЯ Доказательство циркуляции крови по вытекающим из этого учения последствиям
6. ГЛАВА ТРИНАДЦАТАЯ Подтверждение третьей предпосылки, доказывающей циркуляцию крови
7. ГЛАВА ПЯТНАДЦАТАЯ Доказательство циркуляции доводами разума
8. ГЛАВА ДВЕНАДЦАТАЯ Подтверждение второй предпосылки, доказывающей циркуляцию крови
9. ГЛАВА СЕМНАДЦАТАЯ Подтверждение движения и циркуляции крови посредством- наблюдений над сердцем и посредством анатомических исследований
10. Образование льда Вертикальная циркуляция и образование льда в пресной воде
11. СТАРЕНИЕ СОТОВ
12. ИЗМЕНЧИВОСТЬ ГНЕЗДОВЫХ ПОСТРОЕК И ЕЕ БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ
13.   ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЛЬЦИТОНИНА В СЫВОРОТКЕ КРОВИ (DIAGNOSTICSYSTEMLABORATORY, США)  
14. Состав пчелиной семьи и ее продукция
15. Варрооз
16. Гидравлические способы разделения
17. ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ МАТКИ
18. ТЕМПЕРАТУРА ТЕЛА РАЗВИВАЮЩИХСЯ ПЧЕЛ