Анализ сезонных энергетических характеристик динамики верхнего слоя вод Мраморного моря

С. Г. Демышев, С. В. Довгая✉

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: dovgayasvetlana0309@yandex.ru

Аннотация

Цель. Цель настоящей работы – оценка роли основных сил в формировании динамических структур верхнего слоя вод Мраморного моря в различные гидрологические сезоны.

Методы и результаты. С помощью численной модели Морского гидрофизического института Российской академии наук рассчитаны гидродинамические и энергетические характеристики циркуляции моря. Пространственное разрешение по горизонтали составило 1,22 × 0,83 км, по вертикали использовалось 18 горизонтов, шаг по времени 0,5 мин. Характеристики поступающих через проливы Босфор и Дарданеллы вод соответствовали доступным данным наблюдений. На поверхности моря задавались средние ежесуточные поля тангенциального напряжения трения ветра, потоков тепла, осадков и испарения для 2008 г., рассчитанные по региональной атмосферной модели _ММ_5. Рассматривались пространственные распределения вихревых структур и соответствующие им энергетические потоки в верхнем слое моря для различных сезонов. Анализ среднесезонных пространственных распределений поля скорости течения и составляющих бюджета кинетической энергии показал, что вихри в верхнем слое моря в течение года формируются главным образом с помощью двух механизмов. В центральной части моря генерация крупномасштабного антициклона и его сезонная изменчивость в основном определяются работой силы ветра, а формирование и эволюция прибрежных циклонических круговоротов обусловлены работой силы плавучести. В полях работы сил плавучести, давления и трения выделяются зоны локальных экстремумов. Две из этих зон – районы поступления вод из проливов Босфор и Дарданеллы. Наибольшая изменчивость наблюдается в районе Босфора, что обусловлено влиянием втекающих черноморских вод на сезонный характер мраморноморской циркуляции. Другие зоны экстремальных значений обусловлены неоднородностями береговой черты, что приводит к формированию прибрежных вихрей, источником энергии для которых является доступная потенциальная энергия.

Выводы. По результатам анализа проведенного численного эксперимента можно заключить, что в верхнем слое Мраморного моря формирование и изменчивость центрального антициклона определяются ветровым воздействием, а прибрежных циклонов – работой силы плавучести.

Ключевые слова

численная гидродинамическая модель, Мраморное море, антициклон, циклон, кинетическая энергия, работа силы ветра, работа силы плавучести

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания по теме № 0555-2021-0004 «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. Анализ сезонных энергетических характеристик динамики верхнего слоя вод Мраморного моря // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37, № 5. С. 509–524. EDN MBKNOV. doi:10.22449/0233-7584-2021-5-509-524

Demyshev, S.G. and Dovgaya, S.V., 2021. Analysis of Seasonal Energy Characteristics of the Marmara Sea Upper Layer Dynamics. Physical Oceanography, 28(5), pp. 471-485. doi:10.22449/1573-160X-2021-5-471-485

DOI

10.22449/0233-7584-2021-5-509-524

Список литературы

  1. The circulation and hydrography of the Marmara Sea / S. T. 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. 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
  4. 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
  5. Sannino G., Sözer A., Özsoy E. A high-resolution modelling study of the Turkish Straits System // Ocean Dynamics. 2017. Vol. 67, iss. 3–4. P. 397–432. https://doi.org/10.1007/s10236-017-1039-2
  6. Stanev E., Grashorn S., Zhang Y. Cascading ocean basins: numerical simulations of the circulation and interbasin exchange in the Azov-Black-Marmara-Mediterranean Seas system // Ocean Dynamics. 2017. Vol. 67, iss. 8. P. 1003–1025. https://doi.org/10.1007/s10236-017-1071-2
  7. Circulation of the Turkish Straits System under interannual atmospheric forcing / A. Aydoğdu [et al.] // Ocean Science. 2018. Vol. 14, iss. 5. P. 999–1019. https://doi.org/10.5194/os-14-999-2018
  8. OSSE for a sustainable marine observing network in the Sea of Marmara / A. Aydoğdu [et al.] // Nonlinear Processes in Geophysics. 2018. Vol. 25, iss. 3. P. 537–551. https://doi.org/10.5194/npg-25-537-2018
  9. 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.
  10. 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
  11. 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. doi:10.22449/0233-7584-2019-4-307-321
  12. The Mediterranean Sea heat and mass budgets: Estimates, uncertainties and perspectives / G. Jordà [et al.] // Progress in Oceanography. 2017. Vol. 156. P. 174–208. https://doi.org/10.1016/j.pocean.2017.07.001
  13. Modeling of Hydraulically Controlled Exchange Flow in the Bosphorus Strait / T. Oguz [et al.] // Journal of Physical Oceanography. 1990. Vol. 20, iss. 7. P. 945–965. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1990)0200945:MOHCEF2.0.CO;2
  14. Запевалов А. C. Сезонная изменчивость вертикальных распределений температуры и солености в Мраморном море // Метеорология и гидрология. 2005. № 2. С. 78−84.
  15. Beşiktepe T. Ş. 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
  16. Каменкович В. М., Кошляков М. Н., Монин А. С. Синоптические вихри в океане. Л. : Гидрометеоиздат, 1987. 509 с.
  17. Саркисян А. С., Иванов В. Ф. Совместный эффект бароклинности и рельефа дна как важный фактор в динамике морских течений // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 1971. Т. 7, № 2. С. 173–188.
  18. Саркисян А. С. Сорок лет открытию роли совместного эффекта бароклинности и рельефа дна в моделировании климатических характеристик океана // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2006. Т. 42, № 5. С. 582–603.

Скачать статью в PDF-формате