Особенности образования следов циклонов (колебаний температуры воды) в районе мыса Свободного, юго-восточная часть острова Сахалин

П. Д. Ковалев1,✉, В. А. Сквайр2, Д. П. Ковалев1, А. И. Зайцев3

1 Институт морской геологии и геофизики ДВО РАН, Южно-Сахалинск, Россия

2 University of Otago, Dunedin, New Zealand

3 Специальное конструкторское бюро автоматизации морских исследований ДВО РАН, Южно-Сахалинск, Россия

✉ e-mail: kovalev_pd@outlook.com

Аннотация

Цель. Цель работы – изучение особенностей формирования следов циклонов после регулярного прохождения циклонов над районом измерения волнения и оценка параметров внутренних волн в следе по данным натурных наблюдений.

Методы и результаты. Представлен анализ данных полевых наблюдений морских волн и температуры воды. Измерения проводились прибором АРВ-К14 (автономный регистратор волнения и температуры воды) в районе мыса Свободного на юго-восточном побережье острова Сахалин на глубине около 8 м. Полученные временны́е ряды колебаний уровня моря и температуры продолжительностью около полутора месяцев подвергались спектральному анализу с применением программных средств. Обнаружены доминирующие колебания температуры, достигающие 8,5 °C, c периодом 13,1 ч в верхнем квазиоднородном слое океана. Данные колебания были идентифицированы как следы циклонов в стадии их релаксации. Принимая во внимание синоптические обстоятельства, существующие во время прохождения нескольких циклонов и связанных с ними штормов в районе наблюдения, авторы исследовали наличие или отсутствие следа.

Выводы. Показано, что если следующий шторм приходит раньше, чем через 10 дней после предыдущего, то след может быть короче или даже отсутствовать из-за активного перемешивания воды в верхнем квазиоднородном слое океана. Значение коэффициента ∈ в выражении ω = (1 + ∈) f, связывающего доминирующую частоту ω внутренних волн, т. е. почти инерционных колебаний в следе за каждым тайфуном, с инерционной частотой f (параметром Кориолиса, определяемым географической широтой акватории, где распространяются волны), для полученных данных близко к значению, предложенному в работе Э. Кунзе. С использованием формулы Дж. Ф. Прайса определены характерные горизонтальные длины внутренних волн в направлении перемещения внутри следов циклонов, движущихся со скоростью 15–35 узлов. Эти длины составляют от 304,6 до 1066,1 км.

Ключевые слова

циклон, внутренние волны, след циклона, колебания температуры морской воды, верхний квазиоднородный слой

Благодарности

Российские соавторы заявляют, что данное исследование выполнено в соответствии с государственными программами Института морской геологии и геофизики и Специального научно-исследовательского бюро автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения Российской академии наук. Они также благодарны сотрудникам лаборатории волновой динамики и прибрежных течений за сбор полевых данных. Вернон А. Сквайр высоко ценит постоянную поддержку со стороны Университета Отаго на протяжении долгой карьеры и по сей день и особенно благодарит аспирантов и студентов, которые многому научились на этом пути.

Для цитирования

Особенности образования следов циклонов (колебаний температуры воды) в районе мыса Свободного, юго-восточная часть острова Сахалин / П. Д. Ковалев [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2022. Т. 38, № 1. С. 34–52. EDN QJAKIR. doi:10.22449/0233-7584-2022-1-34-52

Kovalev, P.D., Squire, V.A., Kovalev, D.P. and Zaytsev, A.I., 2022. Features of Formation of the Cyclone Wakes (Fluctuations in Seawater Temperature) in the Area of Cape Svobodny, the Southeastern Part of the Sakhalin Island. Physical Oceanography, 29(1), pp. 30-46. doi: 10.22449/1573-160X-2022-1-30-46

DOI

10.22449/0233-7584-2022-1-34-52

Список литературы

  1. Observed oceanic response over the upper continental slope and outer shelf during hurricane Ivan / W. J. Teague [et al.] // Journal of Physical Oceanography. 2007. Vol. 37, iss. 9. P. 2181–2206. https://doi.org/10.1175/JPO3115.1
  2. Термическая реакция океана на прохождение урагана «Элла» / К. Н. Федоров [и др.] // Океанология. 1979. Т. 19, № 6. С. 992–1001.
  3. Brooks D. A. The wake of Hurricane Allen in the western Gulf of Mexico // Journal of Physical Oceanography. 1983. Vol. 13, iss. 1. P. 117–129. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1983)0130117:TWOHAI2.0.CO;2
  4. Shay L. K., Elsberry R. L. Near-inertial ocean current response to Hurricane Frederic // Journal of Physical Oceanography. 1987. Vol. 17, iss. 8. P. 1249–1269. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1987)0171249:NIOCRT2.0.CO;2
  5. Brink K. H. Observations of the response of thermocline currents to a hurricane // Journal of Physical Oceanography. 1989. Vol. 19, iss. 7. P. 1017–1022. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1989)0191017:OOTROT2.0.CO;2
  6. Leaman K. D., Sanford T. B. Vertical energy propagation of inertial waves: A vector spectral analysis of velocity profiles // Journal of Geophysical Research. 1975. Vol. 80, iss. 15. P. 1975–1978. https://doi.org/10.1029/JC080i015p01975
  7. D’Asaro E. A., Perkins H. A near-inertial internal wave spectrum for the Sargasso Sea in late summer // Journal of Physical Oceanography. 1984. Vol. 14, iss. 3. P. 489–505. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1984)0140489:ANIIWS2.0.CO;2
  8. Pinkel R. Doppler sonar observations of internal waves: The wavenumber-frequency spectrum // Journal of Physical Oceanography. 1984. Vol. 14, iss. 8. P. 1249–1270. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1984)0141249:DSOOIW2.0.CO;2
  9. Sanford T. B. Spatial structure of thermocline and abyssal internal waves in the Sargasso Sea // Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography. 2013. Vol. 85. P. 195–209. https://doi.org/10.1016/j.dsr2.2012.07.021
  10. Rossby C.-G. On the mutual adjustment of pressure and velocity distributions in certain simple current systems // Journal of Marine Research. 1938. Vol. 1, iss. 1. P. 15–28. URL: https://images.peabody.yale.edu/publications/jmr/jmr01-01-02.pdf (date of access: 11.01.2022).
  11. The structure of near-inertial waves during ocean storms / H. Qi [et al.] // Journal of Physical Oceanography. 1995. Vol. 25, iss. 11. P. 2853–2871. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1995)0252853:TSONIW2.0.CO;2
  12. Morozov E. G., Velarde M. G. Inertial oscillations as deep ocean response to hurricanes // Journal of Oceanography. 2008. Vol. 64, iss. 4. P. 495–509. https://doi.org/10.1007/s10872-008-0042-0
  13. Alford M. H., Cronin M. F., Klymak J. M. Annual cycle and depth penetration of wind-generated near-inertial internal waves at Ocean Station Papa in the northeast Pacific // Journal of Physical Oceanography. 2012. Vol. 42, iss. 6. P. 889–909. https://doi.org/10.1175/JPO-D-11-092.1
  14. Pollard R. T., Millard Jr. R. C. Comparison between observed and simulated wind-generated inertial oscillations // Deep Sea Research and Oceanographic Abstracts. 1970. Vol. 17, iss. 4. P. 813–821. https://doi.org/10.1016/0011-7471(70)90043-4
  15. D’Asaro E. A. The energy flux from the wind to near-inertial motions in the surface mixed layer // Journal of Physical Oceanography. 1985. Vol 15, iss. 8. P. 1043–1059. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1985)0151043:TEFFTW2.0.CO;2
  16. Alford M. H. Improved global maps and 54-year history of wind-work on ocean inertial motions // Geophysical Research Letters. 2003. Vol. 30, iss. 8. 1424. doi:10.1029/2002GL016614
  17. Observed upper ocean response to typhoon Megi (2010) in the Northern South China Sea / S. Guan [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2014. Vol. 119, iss. 5. P. 3134–3157. https://doi.org/10.1002/2013JC009661
  18. Sanford T. B., Price J. F., Girton J. B. Upper-ocean response to Hurricane Frances (2004) observed by profiling EM-APEX floats // Journal of Physical Oceanography. 2011. Vol. 41, iss. 6. P. 1041–1056. https://doi.org/10.1175/2010JPO4313.1
  19. Shallow ocean response to tropical cyclones observed on the continental shelf of the northwestern South China Sea / B. Yang [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2015. Vol. 120, iss. 5. P. 3817–3836. https://doi.org/10.1002/2015JC010783
  20. Near-inertial internal gravity waves in the ocean / M. H. Alford [et al.] // Annual Review of Marine Science. 2016. Vol. 8. P. 95–123. https://doi.org/10.1146/annurev-marine-010814-015746
  21. Price J. F. Internal wave wake of a moving storm. Part I. Scales, energy budget and observations // Journal of Physical Oceanography. 1983. Vol. 13, iss. 6. P. 949–965. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1983)0130949:IWWOAM2.0.CO;2
  22. Price J. F. Upper ocean response to a hurricane // Journal of Physical Oceanography. 1981. Vol. 11, iss. 2. P. 153–175. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1981)0110153:UORTAH2.0.CO;2
  23. Gregg M. C. Diapycnal mixing in the thermocline: A review // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1987. Vol. 92, iss. C5. P. 5249–5286. https://doi.org/10.1029/JC092iC05p05249
  24. Alford M. H. Redistribution of energy available for ocean mixing by long-range propagation of internal waves // Nature. 2003. Vol. 423. P. 159–162. doi:10.1038/nature01628
  25. Forristall G. Z., Larrabee R. D., Mercier R. S. Combined oceanographic criteria for deepwater structures in the Gulf of Mexico // The 23d Offshore Technology Conference, Houston, TX, 1991. Paper OTC6541. P. 377–390. https://doi.org/10.4043/6541-MS
  26. Иванов В. П., Пудов В. Д. Структура термического следа тайфуна «Тесс» в океане и оценка некоторых параметров энергообмена при штормовых условиях // Тайфун-75 / Под ред. В. Н. Иванова, Н. И. Павлова. Л. : Гидрометеоиздат, 1977. Т. 1. С. 66–82.
  27. Пудов В. Д., Варфоломеев А. А., Федоров К. Н. Вертикальная структура следа тайфуна в верхнем слое океана // Океанология. 1978. Т. 18, вып. 2. С. 218–225.
  28. Плеханов Ф. А., Ковалев Д. П. Программа комплексной обработки и анализа временных рядов данных уровня моря на основе авторских алгоритмов // Геоинформатика. 2016. № 1. С. 44–53. URL: http://geoinformatika.ru/wp-content/uploads/2020/06/Geo2016_1_44-53-1.pdf (дата обращения: 21.01.2021.
  29. Kunze E. Near-inertial wave propagation in geostrophic shear // Journal of Physical Oceanography. 1985. Vol. 15, iss. 5. P. 544–565. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1985)0150544:NIWPIG2.0.CO;2
  30. Price J. F., Sanford T. B., Forristall G. Z. Forced stage response to a moving hurricane // Journal of Physical Oceanography. 1994. Vol. 24, iss. 2. P. 233–260. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1994)0240233:FSRTAM2.0.CO;2
  31. Garrett C. What is the ‘‘near-inertial’’ band and why is it different from the rest of the internal wave spectrum? // Journal of Physical Oceanography. 2001. Vol. 31, iss. 4. P. 962–971. https://doi.org/10.1175/1520-0485(2001)0310962:WITNIB2.0.CO;2
  32. Observation of near-inertial oscillations induced by energy transformation during typhoons / H. Hou [et al.] // Energies. 2019. Vol. 12, iss. 1. 99. doi:10.3390/en12010099
  33. Gill A. E. On the behavior of internal waves in the wakes of storms // Journal of Physical Oceanography. 1984. Vol. 14, iss. 7. P. 1129–1151. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1984)0141129:OTBOIW2.0.CO;2
  34. Zervakis V., Levine M. D. Near-inertial energy propagation from the mixed layer: Theoretical considerations // Journal of Physical Oceanography. 1995. Vol. 25, iss. 11. P. 2872–2889. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1995)0252872:NIEPFT2.0.CO;2
  35. The impact of seasonal changes in stratification on the dynamics of internal waves in the Sea of Okhotsk / O. Kurkina [et al.] // Estonian Journal of Earth Sciences. 2017. Vol. 66, iss. 4. P. 238–255. http://doi.org/10.3176/earth.2017.20
  36. Nurser A. J. G., Bacon S. The Rossby radius in the Arctic Ocean // Ocean Science. 2014. Vol. 10, iss. 6. P. 967–975. doi:10.5194/os-10-967-2014
  37. Near-inertial ocean response to tropical cyclone forcing on the Australian North-West Shelf / M. D. Rayson [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2015. Vol. 120, iss. 12. P. 7722–7751. doi:10.1002/2015JC010868
  38. Степанов Д. В. Оценка бароклинного радиуса деформации Россби в Охотском море // Метеорология и гидрология. 2017. № 9. С. 83–89.
  39. Observation of near-inertial wave reflections within the thermostad layer of an anticyclonic mesoscale eddy / S.-S. Byun [et al.] // Geophysical Research Letters. 2010. Vol. 37, iss. 1. L01606. doi:10.1029/2009GL041601
  40. Kawaguchi Y., Wagawa T., Igeta Y. Near-inertial internal waves and multiple-inertial oscillations trapped by negative vorticity anomaly in the central Sea of Japan // Progress in Oceanography. 2020. Vol. 181. 102240. https://doi.org/10.1016/j.pocean.2019.102240
  41. Mesoscale-dependent near-inertial internal waves and microscale turbulence in the Tsushima Warm Current / Y. Kawaguchi [et al.] // Journal of Oceanography. 2021. Vol. 77, iss. 2. P. 155–171. doi:10.1007/s10872-020-00583-1
  42. Garrett C. J. R., Munk W. H. Space-time scales of internal waves // Geophysical Fluid Dynamics. 1972. Vol. 3, iss. 3. P. 225–264. https://doi.org/10.1080/03091927208236082

Скачать статью в PDF-формате