Кіріспе
Тербелісті сұйықтың беткі қабаты – қатты бетпен немесе газ бен сұйықтықты бөлетін бетпен өзара әрекеттесуге ең көп ұшырайтын, турбуленттілік сипаттамалары интерфейстен арақашықтыққа байланысты болатын турбулентті сұйықтың қабаты. Бұл қабаттар тиісті жылдамдықтың үлкен қалыпты градиенттерімен және кез келген заттардың (температура, ылғал, шөгінділер сияқты) интерфейске немесе одан тасымалданатын үлкен концентрациялық градиенттерімен сипатталады. "Шекаралық қабат" термині метеорологияда және физикалық океанографияда қолданылады. Атмосфералық беткі қабат – атмосфералық шекаралық қабаттың ең төменгі бөлігі (әдетте, желдің логарифмдік профилі жарамды болатын төменгі 10%). Мұхиттың екі беткі қабаты бар: теңіз түбіне жақын орналасқан бентостық және ауа-теңіз интерфейсіндегі теңіз беткі қабаты.
The surface layer is the layer of a turbulent fluid most affected by interaction with a solid surface or the surface separating a gas and a liquid where the characteristics of the turbulence depend on distance from the interface. Surface layers are characterized by large normal gradients of tangential velocity and large concentration gradients of any substances (temperature, moisture, sediments et cetera) transported to or from the interface. The term boundary layer is used in meteorology and in physical oceanography. The atmospheric surface layer is the lowest part of the atmospheric boundary layer (typically the bottom 10% where the log wind profile is valid). The ocean has two surface layers: the benthic, found immediately above the sea floor and the marine surface layer, at the air sea interface.
Океанографиядағы жер бетіндегі қабат
Океанографияда беткі қабат зерттеледі, себебі желдің қысымы мен беткі толқындардың әсері беткі қабаттың қалыптасуына қажетті турбулентті араласуды тудырады. Әлемдік мұхиттар көптеген түрлі су массаларынан тұрады. Олардың әрқайсысы қалыптасқан орнына байланысты температура және тұздылық сипаттамаларымен ерекшеленеді. Белгілі бір көзден пайда болғаннан кейін су массасы ірі масштабты мұхит ағындары арқылы белгілі бір қашықтыққа жылжуы мүмкін. Әдетте, мұхиттағы су ағыны турбулентті болып сипатталады (яғни, ол түзу сызықтармен қозгалмайды). Су массалары турбулентті айналымдар түрінде мұхит арқылы жылжуы мүмкін, немесе судың бөліктері тұрақты тығыздық (изопикникалық) беттерімен, мұнда энергия жұмсалуы ең аз болады. Әртүрлі су массаларының турбулентті айналымдары өзара әрекеттескенде, олар бірімен бірі араласады. Жеткілікті араласу болғанда, тұрақты тепе-теңдікке жетіліп, аралас қабат қалыптасады. Турбулентті айналымдар желдің мұхитқа тигізетін әсерінен де, атмосфераның әсерінен де пайда болуы мүмкін. Мұхит бетіндегі судың жоғары көтерілуі арқылы болатын осы өзара әрекеттесу мен араласу да беткі аралас қабаттың қалыптасуына ықпал етеді.
Дәстүрлі теориямен сәйкессіздіктер
Логарифмдік ағын профилі мұхитта бұрыннан белгілі, бірақ жақында жасалған жоғары сезімтал өлшемдер беттік қабаттың ішіндегі қабатты анықтады, онда беттік толқындардың әсерінен турбулентті айналымдар күшейеді. Мұхиттың беткі қабаты ауа мен теңіздің өзара әрекеттесуінің "қабырғасына" тірелгендей моделенгені нашар екені анық болып келеді. Онтарио көліндегі турбуленттілік бақылаулары толқынның бұзылу жағдайында дәстүрлі теорияның беттік қабаттағы турбулентті кинетикалық энергияның өндірісін айтарлықтай төмен бағалайтынын көрсетті. Түнде мұхит беті күн батумен байланысты жылу алмасудың өзгеруіне байланысты атмосфера айналымының азаюынан салқындайды. Салқын судың тығыздығы төмендеп, шөгеді. Бұл жүзу күшінің әсерінен су массалары күндізгі уақытта жететін тереңдіктерден де төменгі тереңдіктерге көшіріледі. Келесі күні тереңдегі су жылынудың және жүзу күшінің әсерінен қайта қабатталады немесе араласпайды, жылы су жоғары көтеріледі. Бұл цикл қайталанады және келесі түнде су қайта араласады. Жалпы, беттік аралас қабат мұхиттың алғашқы 100 метрін ғана алып жатыр, бірақ қыстың соңында 150 метрге жете алады. Күндізгі цикл маусымдық циклге қарағанда теңіз бетінің температурасы мен жүзу қабілетінде үлкен өзгерістер тудырады, сондықтан аралас қабаттың тереңдігіне айтарлықтай әсер етпейді. Бірнеше тік профильдерді пайдаланып, аралас қабаттың тереңдігін беттік және терең мұхит бақылаулары арасындағы судың температурасы немесе тығыздығының айырмашылығын анықтау арқылы бағалауға болады – бұл "шектік әдіс" деп аталады. Дегенмен, бұл тәуліктік цикл тропикалық ендіктерге қарағанда орташа ендіктерде басқаша әсер етеді. Тропикалық аймақтарда күндізгі температура өзгерісіне байланысты аралас қабаттың пайда болуы орташа ендік аймақтарына қарағанда азырақ. Бір зерттеу Батыс Экваторлық Тынық мұхитындағы аралас қабаттың тәуліктік өзгеруін зерттеді. Нәтижелер күндізгі уақытқа байланысты аралас қабаттың тереңдігінде айтарлықтай өзгеріс болмағанын көрсетті. Бұл тропикалық аймақтағы мол жауын-шашын аралас қабаттың одан әрі қабаттануына әкеледі. Орталық Экваторлық Тынық мұхитына назар аударған тағы бір зерттеу түнде аралас қабаттың тереңдігінің арту тенденциясын анықтады. Тропикалық емес немесе орташа ендіктегі аралас қабаттың тәуліктік өзгеруі екі тропикалық мұхит зерттеулерінің нәтижелеріне қарағанда күштірек әсер ететіні бір зерттеуде көрсетілді. Австралиядағы 15 күндік зерттеу кезеңінде аралас қабат циклі күн бойы төмендеп бара жатқан турбуленттілікпен тұрақты түрде қайталанды.