Энергетические характеристики циркуляции вод Мраморного моря в 2008 году

С. Г. Демышев, С. В. Довгая✉, М. В. Шокуров

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: dovgayasvetlana0309@yandex.ru

Аннотация

Цель. Главными задачами данных исследований были проведение анализа энергетики Мраморного моря и определение основных причин формирования особенностей его циркуляции в 2008 г.

Методы и результаты. На основе вихреразрешающей нелинейной гидродинамической модели Морского гидрофизического института (МГИ) проведен численный эксперимент по моделированию циркуляции Мраморного моря и расчету ее энергетических характеристик на примере 2008 г. Разрешение модели по горизонтали составило 1,22 × 0,83 км, по вертикали использовалось 18 горизонтов, шаг по времени – 0,5 мин. Температура, соленость и расход воды через проливы Босфор и Дарданеллы задавались в соответствии с доступными данными измерений. Используемые поля атмосферного воздействия были получены из расчета по региональной атмосферной модели MM5. Проанализированы проинтегрированные по объему и ос-редненные за год вклады слагаемых в уравнениях бюджета кинетической и потенциальной энергий. Основными факторами изменения кинетической энергии Мраморного моря были работа силы плавучести, ветер, вертикальное и горизонтальное перемешивание. Анализ средних по объему слагаемых в уравнении скорости изменения кинетической энергии показал, что приток энергии от ветра в основном компенсировался трением по вертикали, работа силы плавучести – трением по горизонтали. Изменение потенциальной энергии в среднем за год происходило преимущественно за счет ее горизонтального переноса, обусловленного воздействием течений в предпроливных областях моря, вертикальной диффузии и работы силы плавучести. По результатам анализа энергетических переходов получено, что в верхнем слое моря мезомасштабные вихри могут формироваться непосредственно под влиянием ветра и в результате бароклинной неустойчивости течений. На генерацию субмезомасштабных круговоротов в прибрежных районах влияние оказывали процессы бароклинной неустойчивости. В прибосфорском районе в результате втока менее плотных черноморских вод наблюдалось усиление горизонтальных градиентов в поле плотности и как следствие – интенсификация динамических процессов.

Выводы. Изучение энергетических характеристик циркуляции вод Мраморного моря позволило заключить, что бароклинная неустойчивость и ветер являются одними из основных источников вихреобразования в этом бассейне.

Ключевые слова

численная гидродинамическая модель, Мраморное море, кинетическая энергия, потенциальная энергия, циклон, антициклон, бароклинная неустойчивость

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания по теме № 0827-2018-0003 «Фундаментальные исследования океанологических процессов, определяющих состояние и эволюцию морской среды под влиянием естественных и антропогенных факторов, на основе методов наблюдения и моделирования».

Для цитирования

Демышев С. Г., Довгая С. В., Шокуров М. В. Энергетические характеристики циркуляции вод Мраморного моря в 2008 году // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 4. С. 307–321. EDN PJNFPM. doi:10.22449/0233-7584-2019-4-307-321

Demyshev, S.G., Dovgaya, S.V. and Shokurov, M.V., 2019. Energy Characteristics of the Marmara Sea Water Circulation in 2008. Physical Oceanography , 26(4), pp. 275-287. doi:10.22449/1573-160X-2019-4-275-287

DOI

10.22449/0233-7584-2019-4-307-321

Список литературы

  1. The circulation and hydrography of the Marmara Sea / T. S. Beşiktepe [et al.] // Progress in Oceanography. 1994. Vol. 34, iss. 4. P. 285–334. https://doi.org/10.1016/0079-6611(94)90018-3
  2. Демышев С. Г., Довгая С. В., Иванов В. А. Численное моделирование влияния обмена через проливы Босфор и Дарданеллы на гидрофизические поля Мраморного моря // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2012. Т. 48, № 4. С. 471–480.
  3. Демышев С. Г., Довгая С. В., Шокуров М. В. Влияние потоков тепла, осадков и испарения на динамику поверхностных вод Мраморного моря // Морской гидрофизический журнал. 2016. № 3. С. 3–15. doi:10.22449/0233-7584-2016-3-3-15
  4. Dynamics of the circulation in the Sea of Marmara: numerical modeling experiments and observations from the Turkish straits system experiment / J. Chiggiato [et al.] // Ocean Dynamics. 2012. Vol. 62, iss. 1. P. 139−159. https://doi.org/10.1007/s10236-011-0485-5
  5. Circulation of the Turkish Straits System under interannual atmospheric forcing / A. Aydoğdu [et al.] // Ocean Science. 2018. Vol. 14, iss. 5. P. 9999–1019. https://doi.org/10.5194/os-2018-7
  6. Zalesny V. B., Gusev A. V., Fomin V. V. Numerical model of nonhydrostatic ocean dynamics based on methods of artificial compressibility and multicomponent splitting // Oceanology. 2016. Vol. 56, iss. 6. P. 876–887. https://doi.org/10.1134/S0001437016050167
  7. Демышев С. Г. Энергетика климатической циркуляции Черного моря. Ч. I. Дискретные уравнения скорости изменения кинетической и потенциальной энергий // Метеорология и гидрология. 2004. № 9. С. 65–80.
  8. Demyshev S. G., Dymova O. A. Analyzing intra-annual variations in the energy characteristics of circulation in the Black Sea // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2016. Vol. 52, iss. 4. P. 386–393. https://doi.org/10.1134/S0001433816040046
  9. Modeling of Hydraulically Controlled Exchange Flow in the Bosphorus Strait / T. Oguz [et al.] // Journal of Physical Oceanography. 1990. Vol. 20, no. 7. P. 945–965. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1990)0200945:MOHCEF2.0.CO;2
  10. Запевалов А. C. Сезонная изменчивость вертикальных распределений температуры и солености в Мраморном море // Метеорология и гидрология. 2005. № 2. С. 78−84.
  11. Beşiktepe T. S. Density currents in the two-layer flow: an example of Dardanelles outflow // Oceanologica Acta. 2003. Vol. 26, iss. 3. P. 243–253. https://doi.org/10.1016/S0399-1784(03)00015-X
  12. Beşiktepe Ş., Özsoy E., Ünlüata Ü. Filling of the Marmara Sea by the Dardanelles lower layer inflow // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 1993. Vol. 40, iss. 9. P. 1815−1838. https://doi.org/10.1016/0967-0637(93)90034-Z
  13. Pacanowski R. C., Philander S. G. H. Parameterization of Vertical Mixing in Numerical Models of Tropical Oceans // Journal of Physical Oceanography. 1981. Vol. 11, no. 11. P. 1443–1451. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1981)0111443:POVMIN2.0.CO;2
  14. Каменкович В. М., Кошляков М. Н., Монин А. С. Синоптические вихри в океане. Л. : Гидрометеоиздат, 1987. 509 с.
  15. Thomas L. N., Tandon A., Mahadevan A. Submesoscale Processes and Dynamics // Ocean Modeling in an Eddying Regime / Eds. M. W. Hecht, H. Hasumi. Washington, DC : American Geophysical Union, 2008. P. 17−38. (Geophysical Monograph Series, vol. 177). doi:10.1029/177GM04

Скачать статью в PDF-формате