Ветер и вода: Вода и Ветер — интернет магазин Фен-шуй

Ученые выяснили, как ветер влияет на распространение речной воды в море — Наука

ТАСС, 27 января. Ученые впервые установили, как скорость и направление ветра влияют на положение и размер речного плюма — опресненного слоя воды, формирующегося в месте впадения реки в море. Полученные данные важны для моделирования того, как содержащиеся в речных водах мусор, нефтепродукты и прочие загрязнения будут распространятся в море,пишет пресс-служба Российского научного фонда. Результаты исследования опубликовал научный журнал Frontiers in Marine Science.

«Ученые из Института океанологии им. Ширшова впервые напрямую измерили эту зависимость и узнали, что при изменении направления ветра плюм может полностью перестроиться за 10-20 минут. Речные стоки выносят огромное количество загрязнений: нефтепродуктов, пестицидов, тяжелых металлов и пластикового мусора, распространение которых в море определяется динамикой речных плюмов», — говорится в сообщении.

Как отмечают исследователи, речная вода не сразу перемешивается с морской из-за разницы солености и плотности, поэтому она фактически растекается поверх моря. Несмотря на то, что объем всех речных вод, впадающих в Мировой океан, невелик по сравнению с объемом прибрежных морских вод (около 0,05%), речные плюмы занимают до 20% всей площади шельфа Мирового океана. Поэтому плюмы играют роль связующего звена между материковыми и океаническими природными системами.

В течение последних десятилетий ученые активно исследовали отклик речных плюмов на ветровое воздействие, однако практически все работы были основаны на численном моделировании. Провести непосредственные измерения того, как именно это происходит в природе, очень сложно, поэтому многие ключевые аспекты этого процесса оставались неизвестными. Первыми влияние ветра на динамику речного плюма на основе прямых измерений исследовали сотрудники Института океанологии им. Ширшова и Центра морских исследований МГУ им. Ломоносова.

С помощью квадрокоптеров ученые провели аэрофотосъемку плюма реки Бзыбь, впадающей в Черное море. Оказалось, что внешняя граница плюма движется примерно в 20 раз медленнее, чем дует ветер, и реагирует на его изменение довольно быстро, в течение 10-20 минут. Если ветер умеренный (менее 5 м/с), при развороте его направления плюм полностью перестраивается в течение нескольких часов, вплоть до смены вдольберегового направления распространения на 180 градусов.

«Наши измерения принципиально важны для понимания и моделирования того, как речные воды распространяются в море и перемешиваются с ним и как этот процесс меняется со временем. Для рек Черноморского побережья и других густонаселенных районов это в первую очередь связано с антропогенными загрязнениями в прибрежной зоне моря: с речным стоком выносится огромное количество нефтепродуктов, пестицидов, тяжелых металлов, пластикового мусора. Кроме того, материковые стоки влияют на гидрофизическую структуру и динамические процессы в прибрежных водах, поэтому полученная информация ценна для океанологических, климатических и экологических исследований», — сказал руководитель проекта Александр Осадчиев.

Ученые измерили, как ветер влияет на распространение речной воды в море

27 января, 2022 14:00

Источник:

Пресс-служба РНФ

Скорость и направление ветра влияют на положение, форму и размер речного плюма — тонкого опресненного слоя воды, формирующегося в месте впадения реки в море. Ученые из Института океанологии имени П. П. Ширшова впервые напрямую измерили эту зависимость и узнали, что при изменении направления ветра плюм может полностью перестроиться за 10–20 минут. Речные стоки выносят огромное количество загрязнений: нефтепродуктов, пестицидов, тяжелых металлов и пластикового мусора, распространение которых в море определяется динамикой речных плюмов. Статья опубликована в журнале Frontiers in Marine Science. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).

Поделиться

В месте, где в море впадает река, образуется речной плюм — большой по площади, но тонкий поверхностный слой, обособленный от нижележащих морских вод. Речная вода не сразу перемешивается с морской из-за разницы солености и плотности, поэтому она фактически растекается поверх моря. Несмотря на то, что объем всех речных вод, впадающих в Мировой океан, невелик по сравнению с объемом прибрежных морских вод (около 0,05%), речные плюмы занимают до 20% всей площади шельфа Мирового океана. Реки переносят в океан большое количество минеральной взвеси (мельчайших твердых частиц), биогенных веществ и антропогенных загрязнений с континента, влияют на океанические течения и температуру воды. Поэтому можно сказать, что плюмы играют роль связующего звена между материковыми и океаническими природными системами.

Пока сохраняется приток речных вод, плюм существует постоянно, однако на его положение, форму и размер влияют направление и скорость ветра — воздушный поток практически «сдувает» верхний менее плотный слой воды в одну или другую сторону. В течение последних десятилетий ученые активно исследовали отклик речных плюмов на ветровое воздействие, однако практически все работы были основаны на численном моделировании. Провести непосредственные измерения того, как именно это происходит в природе, очень сложно, и до недавнего времени таких измерений никто не делал, поэтому многие ключевые аспекты этого процесса оставались неизвестными.

Первыми влияние ветра на динамику речного плюма на основе прямых измерений исследовали сотрудники Института океанологии имени П. П. Ширшова (Москва) и Центра морских исследований МГУ (Москва).

С помощью квадрокоптеров ученые провели практически непрерывную аэрофотосъемку плюма реки Бзыбь, расположенной на территории Абхазии и впадающей в Черное море. Наблюдения велись в течение трех дней в светлое время суток и сопровождались измерением скорости и направления ветра раз в минуту. Вместе с тем исследователи отслеживали температуру и соленость воды на разной глубине и скорость течения в плюме. На основе этих данных ученые оценили, с какой скоростью плюм откликается на изменение ветрового воздействия и как именно это происходит. В частности, удалось восстановить скорость движения внешней границы плюма с беспрецедентно высоким пространственным разрешением (порядка 10 метров) и с точностью до минуты. Оказалось, что внешняя граница плюма движется примерно в 20 раз медленнее, чем дует ветер, и реагирует на его изменение довольно быстро, в течение 10–20 минут. Если ветер умеренный (менее 5 м/с), при развороте его направления плюм полностью перестраивается в течение нескольких часов, вплоть до смены вдольберегового направления распространения на 180 градусов. Однако оно меняется только в приустьевой части, то есть где река непосредственно впадает в море, а внешняя часть плюма отрывается и перемешивается с морскими водами.

«Наши измерения принципиально важны для понимания и моделирования того, как речные воды распространяются в море и перемешиваются с ним и как этот процесс меняется со временем. Для рек Черноморского побережья и других густонаселенных районов это, в первую очередь, связано с антропогенными загрязнениями в прибрежной зоне моря: с речным стоком выносится огромное количество нефтепродуктов, пестицидов, тяжелых металлов, пластикового мусора. Кроме того, материковые стоки влияют на гидрофизическую структуру и динамические процессы в прибрежных водах, поэтому полученная информация ценна для океанологических, климатических и экологических исследований», — рассказал руководитель проекта по гранту РНФ Александр Осадчиев, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института океанологии имени П. П. Ширшова.

Важность проведенных исследований также заключается в том, что объектом наблюдения стал малый речной плюм, то есть образованный небольшой по размеру рекой. Несмотря на то, что на долю малых рек приходится около четверти стока пресной воды и практически половина стока взвешенных веществ в Мировой океан, до сих пор их изучают гораздо реже, чем плюмы больших рек.

Теги

Пресс-релизы

15.12: Энергия ветра и воды

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

• Стэнли Э. Манахан
• Университет Миссури

Движущиеся жидкости являются богатыми источниками энергии, которые можно использовать, как правило, с помощью турбин, связанных с электрическими генераторами. Движущаяся вода и дующий ветер — это жидкости, богатые энергией, которые имеют некоторое сходство с источниками энергии, поэтому в этом разделе они рассматриваются вместе. Оба являются возобновляемыми, и оба являются косвенными средствами использования солнечной энергии — ветров, возникающих в результате неравномерного нагревания воздушных масс и воды, переносимой в результате гидрологического цикла, работающего на солнечной энергии. Оба являются одними из древнейших источников энергии, например, ветер, используемый для приведения в движение парусных кораблей, и водяные колеса, которые веками использовались для измельчения зерна. И то, и другое относится к числу новейших источников энергии — ветер с технологически продвинутыми ветряными турбинами и вода с помощью оригинальных устройств, таких как те, которые используются для захвата энергии движущейся воды в океанских приливах.

Благоприятные ветры

Поскольку солнце нагревает воздушные массы неравномерно, генерируются ветры, которые можно использовать как косвенную форму солнечной энергии. Энергия ветра переживает быстрый рост в ряде стран и стала конкурентоспособной по стоимости с более традиционными источниками в некоторых областях. В некоторых частях Европы, Калифорнии, Вайоминге и других местах ветряные генераторы, установленные на башнях, стали обычным явлением (рис. 15.15). В 2009 году мировая мощность ветроэнергетики увеличилась на 31%, достигнув мощности 158 гигаватт. В течение 2009 г.Мощность ветроэнергетики Китая удвоилась с 12 ГВт до 25 ГВт, а мощность США выросла на 10 ГВт до 35 ГВт общей мощности. Это дало США самую большую ветроэнергетическую мощность среди всех стран мира, хотя Китай быстро обогнал их.

Рисунок 15.15. Ветряные электрические генераторы, установленные на башнях, становятся все более распространенными в мире в районах, где постоянный ветер делает этот экологически чистый источник возобновляемой энергии практичным.

Современные ветряные турбины, как правило, представляют собой большие и сложные машины диаметром от 40 до 50 метров и мощностью от 0,5 до 2 мегаватт. Самые большие турбины, доступные по состоянию на 2010 год, имели мощность 7 МВт. Ветряные турбины предназначены для стабильной работы при различных скоростях ветра, реагирования на изменение направления ветра и работы в широком диапазоне температур. Предусмотрен электрорезистивный обогрев лопаток турбин в холодном климате, где возможно обледенение.

Морские объекты с турбинами, прочно закрепленными на морском дне, предлагают несколько преимуществ для производства энергии ветра, включая в целом постоянные ветры в прибрежных районах и отсутствие конфликтов с землепользованием. Крупнейший на сегодняшний день морской ветроэнергетический проект начал работу у побережья юго-востока Англии в сентябре 2010 года. Этот объект, которым управляет Vattenfall, шведская энергетическая компания, имеет 100 турбин высотой 115 метров каждая и производит до 300 мегаватт электроэнергии, достаточной для мощность 200 000 домов

Энергия движущейся воды

Различные способы использования энергии движущейся воды использовались с древних времен в парусных судах и водяных колесах, приводимых в движение проточной водой, для измельчения зерна, известных в Древней Греции и Риме. Водяные колеса мощностью до 50 лошадиных сил были разработаны в средние века и широко применялись на мельницах, лесопилках, а также в кожевенных, текстильных и механических мастерских в колониальной Америке. Эти источники страдали от проблем из-за неравномерного потока воды и замерзания зимой, поэтому многие из этих объектов были заброшены, когда в начале 1800-х годов стали широко доступны паровые двигатели.

Ренессанс гидроэнергетики пришелся на конец 1800-х годов, когда стало практичным приводить в действие электрические генераторы с помощью воды. Начиная с первой гидроэлектростанции в США на реке Фокс недалеко от Эпплтона, штат Висконсин, в 1882 году, гидроэнергетика, приводимая в действие сложными силовыми турбинами, быстро росла в США и во всем мире. К 1980 году гидроэнергетика составляла 25% мирового производства электроэнергии и 5% всего мирового производства энергии. Норвегия производит практически всю свою электроэнергию и около 50% всей энергии из гидроэлектростанций.

Морфология геосферы оказывает сильное влияние на потенциал производства гидроэлектроэнергии, чему способствует горный рельеф и долины крупных рек. Обильные осадки и таяние снега также являются важными факторами. Китай обладает примерно 1/10 мирового потенциала гидроэлектроэнергии, а его огромная установка Tree Gorges на реке Янцзы является крупнейшей в мире. Резервуар для этого источника энергии был перекрыт плотиной высотой 185 м и длиной 1300 м, расположенной в конце ряда крутых каньонов, удерживающих водоем протяженностью 630 км при средней ширине 1,2 км. При полной эксплуатации эта массивная установка будет иметь 32 энергоблока и мощность 22,5 гигаватт, что эквивалентно 22 крупным угольным электростанциям.

Благодаря гидрологическому циклу, в который постоянно закачивается вода, гидроэнергетика, безусловно, является устойчивой и предотвращает выброс парниковых газов. Водоемы, захваченные для обеспечения энергией, могут служить источником воды для сельского хозяйства, муниципалитетов и промышленности. Существует потенциал для занятий аквакультурой в водохранилищах путем выращивания рыбы и пресноводных креветок (креветок). С другой стороны, развитие гидроэнергетики может создать серьезные экологические проблемы. В современную эпоху строительство крупного водохранилища приводит к перемещению значительного числа людей (более 1 миллиона для китайского проекта «Три ущелья»), изменению стока рек, изменению водной экологии и заполнению некогда живописных долин водой. В нескольких важных случаях с рек были сняты плотины, чтобы восстановить их долины до их прежнего состояния.

Энергия воды без плотин

Гидрокинетические и Волны Энергия Преобразование Устройства разрабатываются для сбора кинетической энергии движущейся воды в естественных ручьях, приливных эстуариях, океанских течениях и построенных водных путях без плотин. Типичное такое устройство состоит из турбины с относительно большими и широко расставленными лопастями, соединенной непосредственно с генератором, закрепленным в реке или другом водотоке. Такое устройство может быть закреплено непосредственно на русле реки или прикреплено к опорам моста.

Другим источником энергии движущейся воды являются приливы, изменение уровня морской воды в результате гравитационного притяжения Солнца и Луны. Энергия приливов осуществима, о чем свидетельствует приливная электростанция мощностью 240 МВт, которая надежно работает в устье реки Ранс во Франции с момента ее постройки в 1966 году. Эта установка имеет примерно 1/4 мощности стандартной угольной или атомной электростанции мощностью 1000 МВт. завод. Было построено несколько других небольших установок, в том числе экспериментальная установка мощностью 18 МВт в Аннаполис-Ройял, Канада. Приливные электростанции страдают тем недостатком, что достаточно воды для выработки электроэнергии только около 10 часов в день. Тем не менее количество потенциально доступной энергии от приливов огромно и полностью возобновляемо.

Интересным способом использования энергии воды является замедление давления осмос , в котором соленая океанская вода и пресная вода разделены водопроницаемой мембраной и поток воды через мембрану от пресной воды к сторона соленой воды создает давление в последнем, которое можно использовать для производства электроэнергии. Осмос с задержкой давления показан на рис. 15.16. Хотя этот процесс работает непрерывно, на рис. 15.16 он показан в виде пошагового процесса, чтобы проиллюстрировать принцип работы. Первая в мире осмотическая установка, демонстрационная установка с мизерной производительностью, была введена в эксплуатацию в Тофте, Норвегия, в ноябре 2009 года.. Установки осмоса с замедлением давления могут быть расположены практически в любом из огромного количества мест по всему миру, где пресная вода стекает в море.

Рисунок 15.16. Иллюстрация принципа выработки энергии осмоса с замедлением давления, основанного на разнице осмотического давления между соленой и пресной водой. Хотя здесь он показан как пошаговый процесс, этот режим выработки электроэнергии работает на постоянной основе.

Эта страница под названием 15.12: Энергия ветра и воды распространяется в соответствии с лицензией CC BY-NC-SA 4.0, автором, ремиксом и/или куратором этой страницы является Стэнли Э. Манахан.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Автор

   Стэнли Манахан

   Лицензия

   CC BY-NC-SA

   Версия лицензии

   4,0

   Показать страницу TOC

   № на стр.

2. Теги

   На этой странице нет тегов.

Idioms by The Free Dictionary

Между+ветром+и+водой — Idioms by The Free Dictionary

Между+ветром+и+водой — Idioms by The Free Dictionary

Слово, не найденное в Словаре и Энциклопедии.