Внутренние волны на шельфе Черного моря в районе Гераклейского полуострова: моделирование и наблюдение

В. А. Иванов, Т. Я. Шульга✉, А. В. Багаев, А. В. Медведева, Т. В. Пластун, Л. В. Вержевская, И. А. Свищева

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: shulgaty@mail.ru

Аннотация

Цель. Работа посвящена совместному анализу спутниковых наблюдений поверхностных проявлений пакетов внутренних волн вблизи Крымского побережья и результатов численного исследования влияния сезонных термохалинных условий и рельефа черноморского шельфа на их структуру, динамику и интенсификацию.

Методы и результаты. На основании анализа данных дистанционного зондирования с помощью сенсоров высокого разрешения спутников Landsat/em>-8, Sentinel/em>-2 и теоретических оценок определены основные пространственно-временные характеристики внутренних волн в районе шельфа Черного моря вблизи Гераклейского полуострова. С помощью данных судовых измерений температуры и солености за период 1951–2008 гг. из банка океанографических данных Морского гидрофизического института и спутниковых измерений исследована структура плотностной стратификации воды и получены профили частоты плавучести в районе склонно-шельфового участка, простирающегося от Евпатории до Ялты. Построены профили вертикальной скорости внутренних волн первых трех мод на шельфе. Установлено, что фазовая скорость внутренних волн первой моды в глубинной части моря на исследованных разрезах изменяется в диапазоне 2,6–5,0 м/с, волн второй моды – в диапазоне 1,1–2,3 м/с, волн третьей моды – в диапазоне 0,7–1,4 м/с. Обнаруженные по спутниковым данным волны имели среднее значение длины 0,4 км, самые длинные волны, около 1,1 км, отмечались чаще всего между Евпаторией и Севастополем с преобладающим северо-восточным направлением распространения. В пределах одного цуга также имела место дисперсия волн с уменьшением длины волны до 0,1–0,3 км.

Выводы. Высказанное предположение о причине генерации интенсивных внутренних волн, обусловленной взаимодействием струи Основного Черноморского течения с кромкой шельфа, подтвердилось результатами численных расчетов. Пространственно-временные характеристики внутренних волн, обобщающие данные дистанционного зондирования и результаты моделирования, позволяют оценить вертикальный обмен на шельфе, делают возможным нахождение глубины залегания максимума частоты Вяйсяля – Брента.

Ключевые слова

Черное море, дисперсионные соотношения, модовая структура, дистанционное зондирование, интенсивные внутренние волны, топографические эффекты

Благодарности

Авторы выражают благодарность профессору Александру Евгеньевичу Янковскому, бывшему сотруднику Морского гидрофизического института, в настоящее время работающему в Университете Южной Каролины (Колумбия, США), за поддержку при проведении данного исследования и консультации по созданию приложений для обработки информации о внутриволновых колебаниях. Работа выполнена в рамках научного проекта №18-45-920036 «Характеристики внутренних волн в районе Гераклейского полуострова: проявление, моделирование, влияние на экосистему», получившего поддержку от РФФИ и г. Севастополя.

Для цитирования

Внутренние волны на шельфе Черного моря в районе Гераклейского полуострова: моделирование и наблюдение / В. А. Иванов [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 4. С. 322–340. EDN SOBBLG. doi:10.22449/0233-7584-2019-4-322-340

Ivanov, V.A, Shul’ga, T.Ya, Bagaev, A.V., Medvedeva, A.V., Plastun, T.V., Verzhevskaia, L.V. and Svishcheva, I.A., 2019. Internal Waves on the Black Sea Shelf Near the Heracles Peninsula: Modeling and Observation. Physical Oceanography, 26(4), pp. 288-304. doi:10.22449/1573-160X-2019-4-288-304

DOI

10.22449/0233-7584-2019-4-322-340

Список литературы

  1. Серебряный А. Н., Иванов В. А. Исследования внутренних волн в Черном море с океанографической платформы МГИ // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2013. Т. 6, № 3. С. 34–45.
  2. Acoustic tomography at shelf of the Black Sea / V. V. Goncharov [et al.] // Acoustical Physics. 2012. Vol. 58, iss. 5. P. 562–570. doi:10.1134/S1063771012030050
  3. Subsatellite polygon for studying hydrophysical processes in the Black Sea shelf-slope zone / A. G. Zatsepin [et al.] // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2014. Vol. 50, no. 1. P. 13–25. doi:10.1134/S0001433813060157
  4. Иванов В. А., Серебряный А. Н. Короткопериодные внутренние волны в прибрежной зоне бесприливного моря // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1985. Т. 21, № 6. С. 648–656.
  5. Генерация интенсивных короткопериодных внутренних волн во фронтальной зоне прибрежного апвеллинга / В. И. Власенко [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 1997. № 3. С. 3–16.
  6. Kao T. W., Pao H. P., Park C. Surface Intrusions, Fronts, and Internal Waves: A Numerical Study // Journal of Geophysical Research. 1978. Vol. 83, no. C9. P. 4641–4650. doi:10.1029/JC083iC09p04641
  7. Space monitoring of pollution of the Russian sector of the Azov-Black Sea basin in 2008 / A. I. Bedritskii [et al.] // Russian Meteorology and Hydrology. 2009. Vol. 34, iss. 3. P: 137–147. doi:10.3103/S1068373909030017
  8. Surface Manifestations of Internal Waves Induced by a Subsurface Buoyant Jet (Experiment and Theory) / V. G. Bondur [et al.] // The Ocean in Motion. Springer International Publishing AG, 2018. P. 67–85. doi:10.1007/978-3-319-71934-4_8
  9. Bulatov V. V., Vladimirov Y. V. Internal Gravity Waves in Horizontally Inhomogeneous Ocean // The Ocean in Motion. Springer International Publishing AG, 2018. P. 109–126. doi:10.1007/978-3-319-71934-4_10
  10. Изучение гидродинамических процессов в шельфовой зоне на основе спутниковой информации и данных подспутниковых измерений / О. Ю. Лаврова [и др.] // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12, № 5. С. 98–129.
  11. Lavrova O., Mityagina M. Satellite Survey of Internal Waves in the Black and Caspian Seas // Remote Sensing. 2017. Vol. 9, iss. 9. P. 892–918. doi:10.3390/rs9090892
  12. Dulov V. A., Yurovskaya M. V., Kozlov I. E. Coastal Zone of Sevastopol on High Resolution Satellite Images // Physical Oceanography. 2015. No. 6. P. 39–54. doi:10.22449/1573-160X-2015-6-39-54
  13. Серебряный А. Н. Слико- и сулоеобразующие явления в море. Внутренние волны // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2012. Т. 9, № 2. С. 275–286.
  14. Федоров К. Н., Гинзбург А. И. Явления на поверхности океана по визуальным наблюдениям // Океанология. 1986. Т. XXVI, вып. 1. С. 5–14.
  15. Satellite Observations of Surface Manifestations of Internal Waves in the Caspian Sea / O. Yu. Lavrova [et al.] // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2011. Vol. 47, no. 9. P. 1119–1126. doi:10.1134/S000143381109009X
  16. Mityagina M. I., Lavrova O. Y., Karimova S. S. Multi-sensor survey of seasonal variability in coastal eddy and internal wave signatures in the north-eastern Black Sea // International Journal of Remote Sensing. 2010. Vol. 31, no. 17–18. P. 4779–4790. doi:10.1080/01431161.2010.485151
  17. Lavrova O. Yu., Mityagina M. I., Sabinin K. D. Study of internal wave generation and propagation features in non-tidal seas based on satellite synthetic aperture radar data // Doklady Earth Sciences. 2011. Vol. 436, iss. 1. P. 165–169. doi:10.1134/S1028334X11010272
  18. Yankovsky A. E., Zhang T. Scattering of a Semidiurnal Barotropic Kelvin Wave into Internal Waves over Wide Continental Shelves // Journal of Physical Oceanography. 2017. Vol. 47. P. 2545–2562. doi:10.1175/JPO-D-16-0284.1
  19. Mysak L. A. Recent Advances in Shelf Wave Dynamics // Reviews of Geophysics and Space Physics. 1980. Vol. 18, no. 1. P. 211–241. doi:10.1029/RG018i001p00211
  20. Белокопытов В. Н., Шокурова И. Г. Оценки междесятилетней изменчивости температуры и солености в Черном море в период 1951–1995 гг. // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2005. № 12. С. 12–21.
  21. Информационные ресурсы банка океанографических данных ФГБУН МГИ для поддержки экологических исследований прибрежной зоны Черного моря / Е. В. Жук [и др.] // Экология. Экономика. Информатика: Сборник статей в 2-х т. Т. 2: Геоинформационные технологии и космический мониторинг. Вып. 1. Ростов-на-Дону : ЮНЦ РАН, 2016. С. 81–92.
  22. Fofonoff N. P., Millard R. C. Jr. Algorithms for computation of fundamental properties of seawater. UNESCO technical papers in marine science 44. UNESCO, 1983. 53 p. URL: http://unesdoc.unesco.org/images/0005/000598/059832eb.pdf (дата обращения: 15.09.2018).
  23. Garrett C., Munk W. Internal Waves in the Ocean // Annual Review of Fluid Mechanics. 1979. Vol. 11. P. 339–369. doi:10.1146/annurev.fl.11.010179.002011
  24. Коняев К. В., Сабинин К. Д. Волны внутри океана. СПб. : Гидрометеоиздат, 1992. 272 с.

Скачать статью в PDF-формате