Трехмерная идентификация синоптических вихрей Черного моря по расчетам численной модели NEMO

А. А. Кубряков✉, А. И. Мизюк, О. С. Пузина, М. В. Сендеров

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: ila.82@mail.ru

Аннотация

Предложен новый метод трехмерной идентификации синоптических вихрей на основе результатов численного моделирования гидродинамики Черного моря. Метод базируется на выделении замкнутых линий тока в полях скорости течений. С помощью данного метода и расчета модели NEMO за 2005-2008 гг. идентифицировано более 1000 вихревых образований. По этим данным определены характерные траектории вихрей, рассчитана пространственная изменчивость скорости, радиуса и частоты наблюдения циклонов и антициклонов. Полученные результаты согласуются с опубликованными ранее исследованиями характеристик вихрей по спутниковым и контактным данным. Результаты моделирования позволили изучить особенности вертикального распределения характеристик вихрей. Наиболее часто вихри наблюдаются в слое 0-150 м с максимумом на глубинах 20-50 м; в слое 150-300 м частота наблюдения в два раза ниже, но также существенна; ниже 300 метров она быстро убывает с глубиной. Аналогичное распределение характерно для радиусов и орбитальной скорости вихрей: наибольшие значения фиксируются в слое 0-150 м, ниже они резко уменьшаются с глубиной. Анализ сезонной изменчивости показал, что антициклоническая вихревая динамика активизируется в летний период, а циклоническая – в зимний, что соответствует материалам ряда предыдущих работ. Представленный метод дает дополнительные возможности для исследования особенностей генерации и эволюции вихрей Черного моря по данным численного моделирования.

Ключевые слова

синоптические вихри, Черное море, моделирование, вертикальная структура, автоматическая идентификация

Для цитирования

Трехмерная идентификация синоптических вихрей Черного моря по расчетам численной модели NEMO / А. А. Кубряков [и др.] // Морской гидрофизический журнал. Т. 34, № 1. С. 20-28. EDN YWNTQU. doi:10.22449/0233-7584-2018-1-20-28

Kubryakov, A.A., Mizyuk, A.I., Puzina, O.S. and Senderov, M.V., 2018. Three-Dimensional Identification of the Black Sea Mesoscale Eddies according to NEMO Numerical Model Calculations. Physical Oceanography, (1), pp. 18-26. doi:10.22449/1573-160X-2018-1-18-26

DOI

10.22449/0233-7584-2018-1-20-28

Список литературы

  1. Иванов В. А., Белокопытов В. Н. Океанография Черного моря. Севастополь: МГИ НАНУ, 2011. 212 c.
  2. Влияние циркуляции вод и вихревых образований на глубинное положение верхней границы сероводородной зоны Черного моря / В. Г. Кривошея [и др.] // Океанология. 2000. Т. 40, № 6. С. 816–825.
  3. Латун В. С. Антициклонические вихри в Черном море летом 1984 года // Морской гидрофизический журнал. 1989. № 3. C. 27–35.
  4. Anticyclonic eddies in the northwestern Black Sea / A. I. Ginzburg [et al.] // J. Mar. Syst. 2002. Vol. 32, iss. 1–3. P. 91–106. https://doi.org/10.1016/S0924-7963(02)00035-0
  5. Seasonal, interannual, and mesoscale variability of the Black Sea upper layer circulation derived from altimeter data / G. Korotaev [et al.] // J. Geophys. Res. Vol. 108, iss. C4, 3122. P. 19-1–19-5. doi:10.1029/2002JC001508
  6. Кубряков A. A., Станичный С. В. Синоптические вихри в Черном море по данным спутниковой альтиметрии // Океанология. 2015. Т. 55, № 1. P. 65–77. doi:10.7868/S0030157415010104
  7. Kubryakov A. A., Stanichny S. V. Seasonal and interannual variability of the Black Sea eddies and its dependence on characteristics of the large-scale circulation // Deep-Sea Res. I. 2015. Vol. 97. P. 80-91. https://doi.org/10.1016/j.dsr.2014.12.002
  8. Long-term variations of the Black Sea dynamics and their impact on the marine ecosystem / A. A. Kubryakov [et al.] // J. Mar. Syst. 2016. Vol. 163. P. 80-94. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2016.06.006
  9. Circulation in the surface and intermediate layers of the Black Sea / T. Oguz [et al.] // Deep-Sea Res. I. 1993. Vol. 40, iss. 8. P. 1597–1612. https://doi.org/10.1016/0967-0637(93)90018-X
  10. Shapiro G. I., Stanichny S. V., Stanychna R. R. Anatomy of shelf–deep sea exchanges by amesoscale eddy in the North West Black Sea as derived from remotely sensed data // Remote Sens. Environ. 2010. Vol. 114, iss. 4. P. 867–875. https://doi.org/10.1016/j.rse.2009.11.020
  11. Observations of Black Sea mesoscale eddies and associated horizontal mixing / A. G. Zatsepin [et al.] // J. Geophys. Res. 2003. Vol. 108, iss. C8, 3246. P. 2-1–2-27. doi:10.1029/2002JC001390
  12. Rim current and coastal eddy mechanisms in an eddy-resolving Black Sea general circulation model / J. V. Staneva [et al.] // J. Mar. Syst. 2001. Vol. 31, iss. 1–3. P. 137–157. https://doi.org/10.1016/S0924-7963(01)00050-1
  13. Демышев С. Г., Дымова О. А. Численный анализ мезомасштабных особенностей циркуляции в прибрежной зоне Черного моря // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2013. Т. 49, № 6. С. 655–663. doi:10.7868/S0002351513060035
  14. Восстановление синоптической изменчивости гидрофизических полей Черного моря на основе реанализа за 1980–1993 годы / П. Н. Лишаев [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2014. № 5. С. 49–65.
  15. Three-dimensional properties of mesoscale eddies in the South China Sea based on eddy-resolving model output / X. Lin [et al.] // Deep-Sea Res. I. 2015. Vol. 99. P. 46–64. https://doi.org/10.1016/j.dsr.2015.01.007
  16. Chaigneau A., Gizolme A., Grados C. Mesoscale eddies off Peru in altimeter records: Identification algorithms and eddy spatio-temporal patterns // Prog. Oceanogr. 2008. Vol. 79, iss. 2–4. P. 106–119. https://doi.org/10.1016/j.pocean.2008.10.013
  17. Пузина О. С., Мизюк А. И. Влияние параметров вертикального перемешивания на температуру верхнего слоя Черного моря // Комплексные исследования Мирового океана: материалы II Всероссийской науч. конф. молодых ученых, г. Москва, 10–14 апреля 2017 г. М. : ИО РАН, 2017. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=30062965 (дата обращения: 11.12.2017).
  18. Madec G. NEMO Ocean Engine. Note du Pôle de modélisation. Technical Report. France : Institut Pierre-Simon Laplace, 2008. No. 27. URL: https://www.nemo-ocean.eu/doc/NEMO_book.html (дата обращения: 11.12.2017).
  19. Mellor G. L., Yamada T. Development of a turbulence closure model for geophysical fluid problems // Rev. Geophys. 1982. Vol. 20, iss. 4. P. 851–875.doi:10.1029/RG020i004p00851
  20. Шокуров М. В. Численное моделирование атмосферной циркуляции над Черным морем // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2011. Вып. 25, T. 2. С. 91–113.
  21. Chelton D. B., Schlax M. G., Samelson R. M. Global observations of nonlinear mesoscale eddies // Prog. Oceanogr. 2011. Vol. 91, iss. 2. P. 167–216. https://doi.org/10.1016/j.pocean.2011.01.002
  22. Blokhina M.D., Afanasyev Y.D. Baroclinic instability and transient features of mesoscale surface circulation in the Black Sea: Laboratory experiment // J. Geophys. Res. 2003. Vol. 108, iss. C10. 3322. doi:10.1029/2003JC001
  23. Effect of bottom slope and wind on the near-shore current in a rotating stratified fluid: laboratory modeling for the Black Sea / A. G. Zatsepin [et al.] // Ibid. 2005. Vol. 45, suppl. 1. P. S13– S26.

Скачать статью в PDF-формате