Структура и кинематика синоптических вихрей в океане: теория и современные наблюдения

Г. К. Коротаев

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: korotaevgren@mail.ru

Аннотация

Цель. Оценка общих представлений о характере синоптических процессов в океане, сформированных по итогам эксперимента на полигоне ПОЛИМОДЕ, и количественная верификация созданной ранее модели интенсивных вихрей в свете новых данных о характеристиках вихрей открытого океана, полученных на основе альтиметрических наблюдений океана с ИСЗ, – цель данной работы.

Методы и результаты. Сопоставление характерных особенностей синоптической изменчивости океана, выделенных по данным наблюдений на полигоне ПОЛИМОДЕ, с обобщенным анализом современных спутниковых альтиметрических наблюдений показало обоснованность сформированных ранее представлений о том, что вдали от струйных течений вихри относительно разреженно распределены по поверхности океана, но в них содержится значительная доля общей энергии на синоптических масштабах. Количественная верификация построенной ранее модели интенсивного синоптического вихря посредством сопоставления с выделенными на основе спутниковых альтиметрических наблюдений свойствами вихрей в океане показала в целом удовлетворительное соответствие теоретических характеристик наблюдаемым. Медианная оценка структуры вихря по данным альтиметрии подтверждает существование ядра вихря, где сосредоточена основная завихренность, и зоны захвата, в которой частицы окружающей ядро жидкости вовлечены в орбитальное движение. Циклонические вихри, согласно наблюдениям, в основном движутся на северо-запад, а антициклонические – на юго-запад, как и предписывается теоретической моделью. Показано, что аномальное смещение вихрей вдоль меридиана (циклонических на юг и антициклонических на север) объясняется влиянием средних течений. Расстояния, на которые перемещаются вихри вдоль меридиана, углы наклона траекторий вихрей относительно параллелей близки к наблюдаемым количественно.

Выводы. Результаты обработки спутниковых альтиметрических наблюдений подтверждают адекватность выработанных ранее общих представлений о характере синоптических процессов в океане и физических предпосылок, лежащих в основе теоретической модели интенсивного вихря, излучающего волны Россби. Вместе с тем необходим учет взаимодействия бароклинной и баротропной мод для более аккуратного воспроизведения времени жизни вихрей.

Ключевые слова

синоптические вихри, волны Россби, спутниковая альтиметрия, «Полигон-70», программа ПОЛИМОДЕ

Благодарности

Работа выполнена в Морском гидрофизическом институте РАН при финансовой поддержке РНФ (грант № 17-77-30001).

Для цитирования

Коротаев Г. К. Структура и кинематика синоптических вихрей в океане: теория и современные наблюдения // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 6. С. 757–780. EDN ZPPIVO. doi:10.22449/0233-7584-2020-6-757-780

Korotaev, G.K., 2020. Structure and Kinematics of Synoptic Eddies in the Ocean: Theory and Modern Observations. Physical Oceanography, 27(6), pp. 692-713. doi:10.22449/1573-160X-2020-6-692-713

DOI

10.22449/0233-7584-2020-6-757-780

Список литературы

  1. Некоторые результаты гидрофизического эксперимента на полигоне в Тропической Атлантике / Л. М. Бреховских [и др.] // Известия Академии наук СССР. Физика атмосферы и океана. 1971. Т. VII, № 5. С. 511527.
  2. The Mid-Ocean Dynamics Experiment / The MODE Group // Deep Sea Research. 1978. Vol. 25, iss. 10. P. 859–910. https://doi.org/10.1016/0146-6291(78)90632-X
  3. Синоптические вихри в океане / Отв. ред. Б. А. Нелепо. Киев : Наукова думка, 1980. 288 с.
  4. Каменкович В. М., Кошляков М. Н., Монин А. С. Синоптические вихри в океане. Ленинград : Гидрометеоиздат, 1982. 264 с.
  5. Greenslade D. J. M., Chelton D. B., Schlax M. G. The Midlatitude Resolution Capability of Sea Level Fields Constructed from Single and Multiple Satellite Altimeter Datasets // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 1997. Vol. 14. Р. 849–870. https://doi.org/10.1175/1520-0426(1997)0140849:TMRCOS2.0.CO;2
  6. Chelton D. B., Schlax M. G., Samelson R. M. Global observations of nonlinear mesoscale eddies // Progress in Oceanography. 2011. Vol. 91. Р. 167–216. doi:10.1016/j.pocean.2011.01.002
  7. Chen G., Han G., Yang X. On the intrinsic shape of ocean eddies derived from satellite altimetry // Remote Sensing of Environment. 2019. Vol. 228. Р. 7589. https://doi.org/10.1016/j.rse.2019.04.011
  8. McWilliams J. C., Robinson A. R. A wave analysis of the Polygon array in the tropical Atlantic // Deep Sea Research and Oceanographic Abstracts. 1974. Vol. 21, iss. 5. Р. 359–368. https://doi.org/10.1016/0011-7471(74)90040-0
  9. Коротаев Г. К. Структура, динамика и энергетика синоптической изменчивости океана. Севастополь, 1980. 64 с. (Препринт / МГИ).
  10. Коротаев Г. К., Коснырев В. К., Шевченко Э. А. Структура возмущений поля температуры синоптических вихревых образований // Морские гидрофизические исследования. Севастополь : МГИ, 1979. № 2. С. 167–174.
  11. Ferrari R., Wunsch C. Ocean Circulation Kinetic Energy: Reservoirs, Sources, and Sinks // Annual Review of Fluid Mechanics. 2009. Vol. 41. Р. 253–282. https://doi.org/10.1146/annurev.fluid.40.111406.102139
  12. Коротаев Г. К. Бароклинный слой моря: от теории Линейкина до оперативной океанографии // Современные проблемы динамики океана и атмосферы : сборник статей, посвященный 100-летию со дня рождения проф. П. С. Линейкина. М. : Триада, 2010. С. 7997.
  13. Lapeyre G., Klein P. Dynamics of the Upper Oceanic Layers in Terms of Surface Quasigeostrophy Theory // Journal of Physical Oceanography. 2006. Vol. 36. Р. 165176. doi:10.1175/JPO2840.1
  14. Ponte A. L., Klein P. Reconstruction of the upper ocean 3D dynamics from high-resolution sea surface height // Ocean Dynamics. 2013. Vol. 63. Р. 777791. doi:10.1007/s10236-013-0611-7
  15. Seasonality in submesoscale turbulence / J. Callies [et al.] // Nature Communications. 2015. Vol. 6. 6862. https://doi.org/10.1038/ncomms7862
  16. Korotaev G. K. Radiating Vortices in Geophysical Fluid Dynamics // Surveys in Geophysics. 1997. Vol. 18. Р. 567–619. https://doi.org/10.1023/A:1006583017505
  17. Коротаев Г. К. Теоретическое моделирование синоптической изменчивости океана. Киев : Наукова думка, 1988. 160 с.
  18. Korotaev G. K., Fedotov A. B. Dynamics of an isolated barotropic eddy on a beta plane // Journal of Fluid Mechanics. 1994. Vol. 264. Р. 277–301. https://doi.org/10.1017/S0022112094000662
  19. Flierl G. R. Rossby wave radiation from a strongly nonlinear warm eddy // Journal of Physical Oceanography. 1984. Vol. 14. Р. 4758. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1984)0140047:RWRFAS2.0.CO;2
  20. Коротаев Г. К., Дорофеев В. Л. Эволюция ансамбля геострофических вихрей на β-плоскости // Известия Академии наук. Физика атмосферы и океана. 1999. Т. 35, № 2. С. 200–206.
  21. McWilliams J. C. The emergence of isolated coherent vortices in turbulent flow // Journal of Fluid Mechanics. 1984. Vol. 146. Р. 2143. doi:https://doi.org/10.1017/S0022112084001750
  22. Резник Г. М., Кравцов С. В. Сингулярные вихри бета-плоскости: краткий обзор и недавние результаты // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 6. С. 720–739. doi:10.22449/0233-7584-2020-6-720-739
  23. Сутырин Г. Г. Каким образом океанические вихри могут быть столь долгоживущими // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 6. С. 740–756. doi:10.22449/0233-7584-2020-6-740-756
  24. Rhines P. B. Geostrophic turbulence // Annual Review of Fluid Mechanics. 1979. Vol. 11. Р. 401–441. https://doi.org/10.1146/annurev.fl.11.010179.002153

Скачать статью в PDF-формате