Влияние приливного диапикнического перемешивания на климатические характеристики моря Лаптевых в безледный период

Б. А. Каган1, Е. В. Софьина1,2,✉

1 Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН, Москва, Россия

2 Российский государственный гидрометеорологический университет, Санкт-Петербург, Россия

✉ e-mail: sofjina_k@mail.ru

Аннотация

Цель. Оценить роль диапикнического перемешивания, обусловленного диссипацией энергии бароклинного прилива, в формировании климатических характеристик в море Лаптевых в летний период – цель настоящей работы.

Методы и результаты. С применением высокоразрешающей трехмерной конечно-элементной модели воспроизводится динамика моря с учетом и без учета приливного форсинга. Пространственное разрешение неструктурированной сетки изменяется в пределах 1–18 км. Ветровой и термохалинный (восстановление температуры и солености морской воды к заданным значениям на поверхности моря) форсинги, а также уровень моря на открытой границе расчетной области задаются климатическими, соответствующими летнему (июль, август) безледному периоду в море Лаптевых. Приливный форсинг задается косвенным способом: коэффициент диапикнической диффузии, определяемый решением задачи о динамике бароклинного прилива в соответствии с приближением о «слабом взаимодействии» турбулентности различного происхождения, добавляется к коэффициенту вертикальной турбулентной диффузии, контролируемому ветровым и термохалинным форсингами.

Выводы. Сравнение изменений температуры и солености морской воды, индуцируемых диапикническим перемешиванием, с климатическими характеристиками как таковыми показывает, что изменения и особенно их экстремальные значения хорошо выявляются и их игнорирование не всегда приемлемо. Это подтверждается средними (за приливный цикл и по площади выделенной зоны моря, отличающейся от других глубинами) вертикальными профилями нескорректированного и скорректированного (за счет диапикнической диффузии) коэффициентов вертикального турбулентного перемешивания. Оба профиля отличаются один от другого если не во всем море, то по крайней мере в пределах ~ 40% его объема.

Ключевые слова

внутренние волны, приливы, климатические характеристики, турбулентное перемешивание, море Лаптевых

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания Института океанологии им. П. П. Ширшова Российской академии наук (тема № FMWE-2021-0014).

Для цитирования

Каган Б. А., Софьина Е. В. Влияние приливного диапикнического перемешивания на климатические характеристики моря Лаптевых в безледный период // Морской гидрофизический журнал. 2022. Т. 38, № 2. С. 218–234. EDN KVHDUM. doi:10.22449/0233-7584-2022-2-218-234

Kagan, B.A. and Sofina, E.V., 2022. Effect of Diapycnal Mixing on Climatic Characteristics of the Laptev Sea in the Ice-Free Period. Physical Oceanography, 29(2), pp. 204-219. doi:10.22449/1573-160X-2022-2-204-219

DOI

10.22449/0233-7584-2022-2-218-234

Список литературы

  1. Каган Б. А., Софьина Е. В. Способ учета приливных изменений региональных климатов водоемов на примере безледного Баренцева моря // Океанология. 2017. Т. 57, № 2. С. 275–283. doi:10.7868/S0030157416060046
  2. Каган Б. А., Софьина Е. В., Тимофеев А. А. Влияние приливов на климатические характеристики Карского моря в безледный период // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2019. Т. 55, № 2. С. 51–60. doi:10.31857/S0002-351555251-60
  3. Jayne S. R., Laurent L. C. St. Parameterizing tidal dissipation over rough topography // Geophysical Research Letters. 2001. Vol. 28, iss. 5. P. 811–814. doi:10.1029/2000GL012044
  4. Osborn T. R. Estimates of the Local Rate of Vertical Diffusion from Dissipation Measurements // Journal of Physical Oceanography. 1980. Vol. 10, iss. 1. P. 83–89. doi:10.1175/1520-0485(1980)0100083:EOTLRO2.0.CO;2
  5. Заславский Г. М., Сагдеев Р. З. Введение в нелинейную физику: от маятника до турбулентности и хаоса. М. : Наука, 1988. 368 с. URL: https://ikfia.ysn.ru/wp-content/uploads/2018/01/ZaslavskijSagdeev1988ru.pdf (дата обращения: 15.03.2022).
  6. Ip J. T. C., Lynch D. R. Comprehensive Coastal Circulation Simulation using Finite Elements: Nonlinear Prognostic Time-Stepping Model : QUODDY3 User's Manual. Hanover, New Hampshire, USA : Thayer School of Engineering, Dartmouth College, 1995. 45 p.
  7. Evaluation of Seven Different Atmospheric Reanalysis Products in the Arctic / R. Lindsay [et al.] // Journal of Climate. 2014. Vol. 27, iss. 7. P. 2588–2606. doi:10.1175/JCLI-D-13-00014.1
  8. Rio M. H., Guinehut S., Larnicol G. New CNES-CLS09 global mean dynamic topography computed from the combination of GRACE data, altimetry, and in situ measurements // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2011. Vol. 116, iss. C7. С07018. doi:10.1029/2010JC006505
  9. Jayne S. R. The Impact of Abyssal Mixing Parameterizations in an Ocean General Circulation Model // Journal of Physical Oceanography. 2009. Vol. 39, iss. 7. P. 1756–1775. doi:10.1175/2009JPO4085.1
  10. Environmental Working Group. Joint U.S.-Russian Atlas of the Arctic Ocean, Version 1 [Electronic resource] / Eds. L. Timokhov, F. Tanis. Boulder, Colorado, USA : NSIDC, 1997. doi:10.7265/N5H12ZX4
  11. Каган Б. А., Тимофеев А. А. Определение диссипации бароклинной приливной энергии и связанного с ней коэффициента диапикнической диффузии как первый шаг оценивания роли приливных эффектов в формировании климатических характеристик моря Лаптевых // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2020. Т. 13, № 4. С. 39–49. doi:10.7868/S2073667320040048
  12. Kozlov I. E., Zubkova E. V., Kudryavtsev V. N. Internal Solitary Waves in the Laptev Sea: First Results of Spaceborne SAR Observations // IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. 2017. Vol. 14, iss. 11. P. 2047–2051. doi:10.1109/LGRS.2017.2749681
  13. Каган Б. А., Тимофеев А. А. Высокоразрешающее моделирование полусуточных внутренних приливных волн в безледный период в море Лаптевых: их динамика и энергетика // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2020. Т. 56, № 5. С. 586–597. doi:10.31857/S0002351520050041
  14. Pingree R. D., New A. L. Structure, seasonal development and sunglint spatial coherence of the internal tide on the Celtic and Armorican shelves and in the Bay of Biscay // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 1995. Vol. 42, iss. 2. P. 245–284. doi:10.1016/0967-0637(94)00041-P
  15. Hsu M.-K., Liu A. K., Liu C. A study of internal waves in the China Seas and Yellow Sea using SAR // Continental Shelf Research. 2000. Vol. 20, iss. 4–5. P. 389–410. doi:10.1016/S0278-4343(99)00078-3
  16. Holloway P. E., Chatwin P. G., Craig P. Internal Tide Observations from the Australian North West Shelf in Summer 1995 // Journal of Physical Oceanography. 2001. Vol. 31, iss. 5. P. 1182–1199. doi:10.1175/1520-0485(2001)0311182:ITOFTA2.0.CO;2
  17. Rainville L., Pinkel R. Propagation of Low-Mode Internal Waves through the Ocean // Journal of Physical Oceanography. 2006. Vol. 36, iss. 6. P. 1220–1236. doi:10.1175/JPO2889.1
  18. Nonlinear internal waves forced by tides near the critical latitude / V. Vlasenko [et al.] // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2003. Vol. 50, iss. 3. P. 317–338. doi:10.1016/S0967-0637(03)00018-9

Скачать статью в PDF-формате