Е. В. Станев1,*, М. Рикер1,2, С. Грайек1, Б. Якоб1, В. Хайд1,3, Й. Станева1

1 Центр материаловедения и исследования побережья им. Гельмгольца, Гестхахт, Германия

2 Институт химии и биологии морской среды, Ольденбургский университет им. Карла фон Осецкого, Ольденбург, Германия

3 Институт полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенера, Бремерхафен, Германия

*E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Аннотация

Цель. В данном исследовании рассматривается вращательное движение геофизических жидкостей в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Основная цель – проследить развитие численного моделирования океана с высокой разрешающей способностью, а также продемонстрировать воз-никновение новых физических процессов за счет более корректного учитывания приливов в вихреразрешающих численных моделях и субмезомасштабной динамики в моделях морских проливов.

Методы и результаты. Океанические вихри и их взаимодействие с приливами изучаются с помощью численного моделирования четырьмя моделями NEMO для Европейского северо-западного шельфа с разрешением 7–1,5 км. Вертикальные характеристики движения в Босфорском проливе исследовались посредством численного моделирования с SCHISM, неструктурированной сеточной моделью с ультравысоким разрешением менее 100 м. Баротропное приливное воздействие привело к существенному сглаживанию наклонов спектральных кривых. Наиболее важное различие между спектральными свойствами четырех моделей заключается во вращательной составляющей движения. В модели с разрешением 1,5 км величина спектральной плотности завихренности на масштабах ~ 70 км на порядок выше, чем в трех других моделях. Хотя большая часть приливного сглаживания связана с внутренними приливами, за пределами определенного горизонтального разрешения динамика вихрей подвержена влиянию баротропных приливов. Шельф Бискайского залива и отмели вокруг Фарерских островов – это зоны, которые наиболее явно реагируют на включение баротропных приливов в модель. Благодаря ультравысокому разрешению сетки в районе Босфора появились новые элементы физического движения. В боковой циркуляции преобладают системы циркуляционных ячеек с масштабами ~ 1 км. На некоторых участках величина бокового потока превышает 0,5 м•с−1, что сопоставимо с величиной осевого потока. Это показывает важность спиральных элементов циркуляции пролива для перемешивания водных масс в Босфоре.

Выводы. Без соответствующего разрешения модели приливной океанской динамики симулируют общую циркуляцию океана, но не описывают правильно энергетические каскады на вихревых масштабах, в том числе взаимодействие между приливами и мезомасштабными вихрями. Отсутствие субмезомасштабной динамики в моделях может в значительной степени повлиять на их способность воспроизвести двухслойный межбассейновый обмен.

Ключевые слова

океанские вихри, численные океанические модели, горизонтальное разрешение, межбассейновый обмен.

Благодарности

Работа выполнена при поддержке со стороны Инициативного и сетевого фонда Ассоциации Гельмгольца в рамках проекта «Расширенные возможности моделирования систем Земли».

Для цитирования

Примеры мезомасштабного и субмезомасштабного численного вихреразрешающего моделирования океана / Е. В. Станев [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 6. С. 691–719. doi:10.22449/0233-7584-2020-6-691-719

DOI

10.22449/0233-7584-2020-6-691-719

Скачать статью в PDF-формате