Сезонная изменчивость кинетической энергии вихрей в центральной части Индийского океана: анализ эксперимента «Полигон-67» с современных позиций

Г. И. Шапиро✉, Х. М. Гонзалез-Ондина

Плимутский университет, Плимут, Великобритания

✉ e-mail: gshapiro@plymouth.ac.uk

Аннотация

Цель. Основной целью данного исследования является анализ сезонной изменчивости мезомасштабной вихревой активности в тропической зоне северной части Индийского океана. Область исследований совпадает с местом проведения эксперимента «Полигон-67» (P67), где впервые были обнаружены мезомасштабные вихри открытого океана.

Методы и результаты. Изменчивость кинетической энергии мезомасштабных вихрей в поверхностном слое океана, энстрофия крупномасштабной циркуляции, пространственные и временные структуры поверхностных течений и поверхностных ветров анализируются совместно с использованием 20-летнего временного ряда, содержащего вихреразрешающие массивы реанализа океанских данных, полученных из службы мониторинга морской среды ЕС Copernicus, а также климатических данных о ветре – из управления океанографических и атмосферных исследований США. Быстрые мезомасштабные и медленные крупномасштабные процессы разделены с помощью фильтра Савицкого – Голея с временем отсечки 103 суток, что соответствует локальному минимуму в полном энергетическом спектре кинетической энергии. В отличие от других областей тропического океана сезонная изменчивость вихревой кинетической энергии (EKE) имеет два максимума – основной в апреле и вторичный в октябре, которые связаны с максимумами в энстрофии крупномасштабных течений.

Выводы. Двойной пик изменчивости EKE соответствует сезонной изменчивости энстрофии крупномасштабных течений и муссонной циркуляции ветра, это подтверждает гипотезу о том, что основным механизмом генерации EKE является баротропная неустойчивость крупномас-штабных течений. Изменчивость EKE в пределах P67 в основном контролируется адвекцией энергии из соседних областей и в меньшей степени – местной генерацией.

Ключевые слова

океаническая циркуляция, мезомасштабные вихри, сезонная изменчивость, реанализ, баротропная неустойчивость, Индийский океан

Благодарности

Исследования выполнены при финансовой поддержке Университета Плимута.

Для цитирования

Шапиро Г. И., Гонзалез-Ондина Х. М. Сезонная изменчивость кинетической энергии вихрей в центральной части Индийского океана: анализ эксперимента «Полигон-67» с современных позиций // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 6. С. 628–645. EDN TUVGAT. doi:10.22449/0233-7584-2020-6-628-645

Shapiro, G.I. and Gonzalez-Ondina, J.M., 2020. Seasonal Variability of Eddy Kinetic Energy in the Central Indian Ocean: POLYGON-67 Revised. Physical Oceanography, 27(6), pp. 573-589. doi:10.22449/1573-160X-2020-6-573-589

DOI

10.22449/0233-7584-2020-6-628-645

Список литературы

  1. Длительные измерения изменчивости физических полей на океанических полигонах, как новый этап в исследовании океана / В. Б. Штокман [и др.] // Доклады Академии наук СССР. 1969. Т. 186, № 5. C. 1070–1073.
  2. Iselin C. O’D. A study of the circulation of the western North Atlantic // Papers in Physical Oceanography and Meteorology. 1936. Vol. 4, iss. 4. P. 1–101.
  3. Штокман В. Б., Ивановский И. И. Результаты структурного изучения течений у западного берега Среднего Каспия // Метеорология и гидрология. 1937. № 4. С. 154–160.
  4. Штокман В. Б. О пульсациях горизонтальных компонент скорости морских течений вследствие турбулентности большого масштаба // Известия Академии наук СССР. Серия Географическая и геофизическая. 1941. № 4–5. С. 476–486.
  5. Fuglister F. C., Worthington L. V. Hydrography of the Western Atlantic; Meanders and velocities of the Gulf Stream // Woods Hole Oceanographic Institution Technical Report. 1947. No. 9.
  6. Koshlyakov M. N., Morozov E. G., Neiman V. G. Historical findings of the Russian physical oceanographers in the Indian Ocean // Geoscience Letters. 2016. Vol. 3. 19. doi:10.1186/s40562-016-0051-6
  7. Каменкович В. М., Кошляков М. Н., Монин А. С. Синоптические вихри в океане. Ленинград : Гидрометеоиздат, 1987. 511 c.
  8. Кошляков М. Н., Галеркин Л. И., Чыонг Динь Хиен О мезоструктуре геострофических течений открытого океана // Океанология. 1970. Т. X, вып. 5. С. 805–814.
  9. Eddies in Marine Science / Ed. A. R. Robinson. Springer, 1983. 612 p.
  10. Ferrari R., Wunsch C. Ocean Circulation Kinetic Energy: Reservoirs, Sources, and Sinks // Annual Review of Fluid Mechanics. 2009. Vol. 41. P. 253–282. https://doi.org/10.1146/annurev.fluid.40.111406.102139
  11. Xu C., Shang X-D., Huang R.X. Horizontal eddy energy flux in the world oceans diagnosed from altimetry data // Scientific Reports. 2014. Vol. 4. 5316. https://doi.org/10.1038/srep05316
  12. Monin A. S., Yaglom A. M. Statistical Fluid Mechanics, Vol. 1: Mechanics of Turbulence / Ed. J. L. Lumley. The Massachusetts Institute of Technology : The MIT Press, 1971. 782 p.
  13. Кочин Н. Е., Кибель И. А., Розе Н. В. Теоретическая гидромеханика. Часть II. М. : Государственное издательство физико-математической литературы, 1963. 727 c.
  14. Dynamics on Seasonal Variability of EKE Associated with TIWs in the Eastern Equatorial Pacific Ocean / M. Wang [et al.] // Journal of Physical Oceanography. 2019. Vol. 49, iss. 6. P. 1503–1519. doi:10.1175/JPO-D-18-0163.1
  15. Nagura M., McPhaden M. J. The dynamics of wind-driven intraseasonal variability in the equatorial Indian Ocean // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2012. Vol. 117, iss C2. C02001. doi:10.1029/2011JC007405
  16. Mechanism of seasonal eddy kinetic energy variability in the eastern equatorial Pacific Ocean / M. Wang [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2017. Vol. 22, iss. 4. P. 3240–3252. doi:10.1002/2017JC012711
  17. Jia F., Wu L., Qiu B. Seasonal Modulation of Eddy Kinetic Energy and Its Formation Mechanism in the Southeast Indian Ocean // Journal of Physical Oceanography. 2011. Vol. 41, iss. 4. P. 657–665. doi:10.1175/2010JPO4436.1
  18. Cox M. D. Generation and Propagation of 30-Day Waves in a Numerical Model of the Pacific // Journal of Physical Oceanography. 1980. Vol. 10, iss. 8. P. 1168–1186. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1980)0101168:GAPODW2.0.CO
  19. Luther D. S., Johnson E. S. 1990. Eddy Energetics in the Upper Equatorial Pacific during the Hawaii-to-Tahiti Shuttle Experiment // Journal of Physical Oceanography. 1990. Vol. 20, iss. 7. P. 913–944. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1990)0200913:EEITUE2.0.CO;2
  20. The northern Humboldt Current System: Brief history, present status and a view towards the future / F. P. Chavez [et al.] // Progress in Oceanography. 2008. Vol. 79. P. 9–105. doi:10.1016/j.pocean.2008.10.012
  21. Meyers G., Bailey R. J., Worby A. P. Geostrophic transport of the Indonesian throughflow // Deep Sea Research. 1995. Vol. 42, iss 7. P.1163–1174. https://doi.org/10.1016/0967-0637(95)00037-7
  22. Bower A. S., Armi L., Ambar I. Lagrangian Observations of Meddy Formation during a Mediterranean Undercurrent Seeding Experiment // Journal of Physical Oceanography. 1997. Vol. 27, iss. 12. P. 2545–2575. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1997)0272545:LOOMFD2.0.CO;2
  23. Le Traon P. Y., Rouquet M. C., Boissier C. Spatial scales of mesoscale variability in the North Atlantic as deduced from Geosat data // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1990. Vol. 95, iss. C11. P. 20267 –20285. https://doi.org/10.1029/JC095iC11p20267

Скачать статью в PDF-формате