Влияние сезонной и пространственной изменчивости завихренности ветра на структуру крупномасштабной циркуляции в Черном море

А. А. Павлушин✉, Н. Б. Шапиро, Э. Н. Михайлова

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: pavlushin@mhi-ras.ru

Аннотация

Приводятся результаты двух экспериментов по численному моделированию крупномасштабной циркуляции и вихревых структур в Черном море при воздействии сезонно меняющегося ветра в рамках двухслойной вихреразрешающей модели. В модели учитывается реальный рельеф дна, для возбуждения движения используется только поле касательного напряжения ветра с отличной от нуля завихренностью. Сток энергии осуществляется за счет придонного трения, трения на поверхности раздела слоев и горизонтальной турбулентной вязкости. В одном из рассматриваемых экспериментов завихренность касательного напряжения ветра меняет знак в зависимости от сезона (зимой она циклоническая, летом антициклоническая), но остается постоянной по пространству. В другом эксперименте поле тангенциального напряжения ветра задается в соответствии с современными представлениями о его пространственной изменчивости таким образом, что над западной половиной моря располагается область антициклонической завихренности, площадь и интенсивность которой меняется в течение года. В обоих случаях в море происходит периодическое разделение циркуляции на два отдельных круговорота – «очки Книповича». Однако напряжение ветра с однородной по пространству завихренностью вследствие западной интенсификации течений, вызванной влиянием β-эффекта, приводит к формированию в юго-западной части бассейна циклонического круговорота большой интенсивности. В другом эксперименте, учитывающем пространственную неравномерность завихренности напряжения ветра над морем, а именно антициклоническую завихренность касательного напряжения ветра над его западной частью, полученная циркуляция вполне соответствует данным наблюдений.

Ключевые слова

Черное море, вихреразрешающая модель, крупномасштабная циркуляция, завихренность напряжения ветра, сезонная изменчивость, «очки Книповича»

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания по теме No 0827-2014-0011 «Исследования закономерностей изменений состояния морской среды на основе оперативных наблюдений и данных системы диагноза, прогноза и реанализа состояния морских акваторий» (шифр «Оперативная океанография»).

Для цитирования

Павлушин А. А., Шапиро Н. Б., Михайлова Э. Н. Влияние сезонной изменчивости завихренности ветра на структуру циркуляции в Черном море // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, No 5. С. 373–388 . EDN VLBKLC. doi:10.22449/0233-7584-2018-5-373-388

Pavlushin, A.A., Shapiro, N.B. and Mikhailova, E.N., 2018. Influence of Seasonal Variability of the Wind Stress Vorticity on the Structure of the Black Sea Circulation. Physical Oceanography, 25(5), pp. 345-358. doi:10.22449/1573-160X-2018-5-345-358

DOI

10.22449/0233-7584-2018-5-373-388

Список литературы

  1. Двухслойная вихреразрешающая модель ветровых течений в Черном море / А. А. Павлушин [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2015. № 5. С. 3−22. doi:10.22449/0233-7584-2015-5-3-22
  2. Павлушин А. А., Шапиро Н. Б., Михайлова Э. Н. Роль рельефа дна и β-эффекта в динамике Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2017. № 6. С. 27−39. doi:10.22449/0233-7584-2017-6-27-39
  3. Бассейновая циркуляция и мезомасштабная динамика Черного моря под ветровым воздействием / А. Г. Зацепин [и др.] // Современные проблемы динамики океана и атмосферы: сб. статей, посвященный 100-летию со дня рождения проф. П. С. Линейкина / Под ред. А. В. Фролова, Ю. Д. Реснянского. М. : Триада ЛТД, 2010. С. 347–368.
  4. Иванов В. А., Белокопытов В. Н. Океанография Черного моря. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2011. 212 c.
  5. Изменчивость гидрофизических полей Черного моря / А. С. Блатов [и др.]. Л. : Гидрометеоиздат, 1984. 239 с.
  6. Seasonal, interannual, and mesoscale variability of the Black Sea upper layer circulation derived from altimeter data / G. Korotaev [et al.] // Journal of Geophysical Research. 2003. Vol. 108, iss. C4. 3122. doi:10.1029/2002JC001508
  7. Stanev E. V. Understanding Black Sea Dynamics: Overview of Recent Numerical Modeling // Oceanography. 2005. Vol. 18, no. 2. P. 56–75. https://doi.org/10.5670/oceanog.2005.42
  8. Тужилкин В. С., Косарев А. Н. Гидрология и динамика вод Черного и Каспийского морей // Водные массы океанов и морей : к 100-летию А. Д. Добровольского / [ред. : С. А. Добролюбов, А. Н. Косарев]. М. : МАКС Пресс, 2007. С. 208–237.
  9. Rachev N. H., Roussenov V. M., Stanev E. V. The Black Sea Climatological Wind Stress // Bulgarian Journal of Meteorology and Hydrology. 1991. Vol. 2, no. 3–4. P. 72–79.
  10. Михайлова Э. Н., Полонский А. Б., Шокурова И. Г. О связи интенсивности циркуляции в Черном море с завихренностью поля ветра // Украинский гидрометеорологический журнал. 2013. № 12. С. 193−203. URL: http://uhmj.odeku.edu.ua/o-svyazi-intensivnosti-tsirkulyatsii-v-chernom-more-s-zavihrennostyu-polya-vetra/ (дата обращения: 31.08.2018).
  11. Ефимов В. В., Юровский А. В. Формирование завихренности поля скорости ветра в атмосфере над Черным морем // Морской гидрофизический журнал. 2017. № 6. С. 3−12. doi:10.22449/0233-7584-2017-6-3-12
  12. Ефимов В. В., Анисимов А. Е. Климатические характеристики изменчивости поля ветра в Черноморском регионе – численный реанализ региональной атмосферной циркуляции // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2011. Т. 47, № 3. С. 380–392.
  13. Ефимов В. В., Шокуров М. В., Барабанов В. С. Физические механизмы возбуждения ветровой циркуляции внутренних морей // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2002. Т. 38, № 2. С. 247–258.
  14. Коротаев Г. К. О причине сезонного хода циркуляции Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2001. № 6. С. 14–20.
  15. Физика океана. Том 2. Гидродинамика океана / Ред. В. М. Каменкович, А. С. Монин. М. : Наука, 1978. 455 с. (Серия «Океанология»).
  16. Stanev E. V., Rachev N. H. Numerical study on the planetary Rossby modes in the Black Sea // Journal of Marine Systems. 1999. Vol. 21, iss. 1–4. P. 283–306. https://doi.org/10.1016/S0924-7963(99)00019-6
  17. Кубряков А. А., Станичный С. В. Динамика Батумского антициклона по спутниковым данным // Морской гидрофизический журнал. 2015. № 2. С. 67−78. doi:10.22449/0233-7584-2015-2-67-78
  18. Леонов А. К. Региональная океанография. Часть 1. Берингово, Охотское, Японское, Каспийское и Черное моря. Л. : Гидрометеоиздат, 1960. 765 с.
  19. 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. 49−68.

Скачать статью в PDF-формате