Автоколебания интенсивности крупномасштабной циркуляции в Черном море

А. А. Павлушин

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: pavlushin@mhi-ras.ru

Аннотация

Цель. Цель настоящей работы – с помощью численного моделирования провести исследование влияния сезонной изменчивости завихренности касательного напряжения ветра на особенности формирования и интенсивность крупномасштабной циркуляции в Черном море.

Методы и результаты. Численные эксперименты в рамках двухслойной вихреразрешающей модели Черного моря проводились при воздействии на морскую поверхность периодического сезонно меняющегося поля касательного напряжения ветра, среднегодовая интенсивность которого в течение одного отдельно взятого эксперимента была постоянной, но отличалась в различных экспериментах. Расчеты велись на длительный период времени, достаточный для того, чтобы решение задачи можно было считать статистически равновесным. Интенсивность крупномасштабной циркуляции определялась по интегральным значениям энергетических характеристик модели – кинетической и доступной потенциальной энергий течений. В результате расчетов получены многолетние ряды мгновенных полей течений в двухслойном море при различной интенсивности ветрового воздействия, которые подвергались дальнейшему анализу.

Выводы. Установлено, что при определенных параметрах ветрового воздействия в Черном море могут возникать колебания интенсивности крупномасштабной циркуляции с периодом 6–8 лет, причиной которых не является межгодовая изменчивость среднегодовой величины завихренности касательного напряжения ветра. Учитывая тот факт, что возбуждающее ветровое воздействие в проведенных экспериментах имело только сезонную изменчивость и повторялось от года к году, полученные в модели многолетние колебания интенсивности крупномасштабных течений можно классифицировать как автоколебания – незатухающие колебания, поддерживаемые внешним источником энергии, поступление которой регулируется самой колебательной системой. Необходимый для существования автоколебаний механизм обратной связи в рассматриваемом случае обеспечивается зависимостью потока поступающей в море ветровой энергии от пространственного распределения поверхностных течений, которое может изменяться вследствие гидродинамической неустойчивости течений и генерации волн Россби.

Ключевые слова

Черное море, интенсивность крупномасштабной циркуляция, межгодовая изменчивость, автоколебания, бароклинные волны Россби

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания по теме FNNN-2021-0003 «Развитие методов оперативной океанологии на основе междисциплинарных исследований процессов формирования и эволюции морской среды и математического моделирования с привлечением данных дистанционных и контактных измерений».

Для цитирования

Павлушин А. А. Автоколебания интенсивности крупномасштабной циркуляции в Черном море // Морской гидрофизический журнал. 2022. Т. 38, № 6. С. 605–619. EDN UFLDYX. doi:10.22449/0233-7584-2022-6-605-619

Pavlushin, A. A., 2022. Self-Oscillations of Large-Scale Circulation Intensity in the Black Sea. Physical Oceanography, 29(6), pp. 587-601. doi:10.22449/1573-160X-2022-6-587-601

DOI

10.22449/0233-7584-2022-6-605-619

Список литературы

  1. Коротаев Г. К. О причине сезонного хода циркуляции Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2001. № 6. С. 14–20. EDN YVONDN.
  2. Stanev E. V. Understanding Black Sea Dynamics: Overview of Recent Numerical Modeling // Oceanography. 2005. Vol. 18, iss. 2. P. 56–75. doi:10.5670/oceanog.2005.42
  3. Полонский А. Б., Шокурова И. Г. Изменения сезонного хода геострофической циркуляции в Черном море // Морской гидрофизический журнал. 2010. № 1. С. 16–31. EDN RPJKSS.
  4. Сезонная и межгодовая изменчивость гидрофизических полей Черного моря, восстановленных на основе реанализа за период 1971–1993 гг. / В. В. Кныш [и др.] // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2011. Т. 47, № 3. С. 433–446. EDN NWCJDF.
  5. Реанализ сезонной и межгодовой изменчивости полей Черного моря за 1993–2012 гг. / Г. К. Коротаев [и др.] // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2016. Т. 52, № 4. С. 475–487. doi:10.7868/S0002351516040076
  6. Бассейновая циркуляция и мезомасштабная динамика Черного моря под ветровым воздействием / А. Г. Зацепин [и др.] // Современные проблемы динамики океана и атмосферы : сборник статей, посвященный 100-летию со дня рождения П. С. Линейкина. Москва : Триада ЛТД, 2010. С. 347–368. EDN TVXEMZ.
  7. Полонский А. Б., Шокурова И. Г. Многолетняя изменчивость завихренности касательного напряжения трения ветра над Черным морем по данным реанализа // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2011. № 24. С. 182–189. EDN WDNWEP.
  8. Шокуров М. В., Шокурова И. Г. Завихренность напряжения трения ветра на поверхности Черного моря при различных ветровых режимах // Морской гидрофизический журнал. 2017. № 6. С. 13–26. doi:10.22449/0233-7584-2017-6-13-26
  9. Павлушин А. А. Численное моделирование крупномасштабной циркуляции и вихревых структур в Черном море // Труды Государственного океанографического института. 2018. № 219. С. 174–194. EDN UTDXPY.
  10. Павлушин А. А., Шапиро Н. Б., Михайлова Э. Н. Влияние сезонной изменчивости завихренности ветра на структуру циркуляции в Черном море // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, № 5. С. 373–388. doi:10.22449/0233-7584-2018-5-373-388
  11. Иванов В. А., Белокопытов В. Н. Океанография Черного моря. Севастополь : МГИ НАН Украины, 2011. 212 c. EDN XPERZR.
  12. Ефимов В. В., Анисимов А. Е. Климатические характеристики изменчивости поля ветра в Черноморском регионе – численный реанализ региональной атмосферной циркуляции // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2011. Т. 47, № 3. С. 380–392. EDN NWCJAN.
  13. Ефимов В. В., Юровский А. В. Формирование завихренности поля скорости ветра в атмосфере над Черным морем // Морской гидрофизический журнал. 2017. № 6. С. 3−12. doi:10.22449/0233-7584-2017-6-3-12
  14. Ferrari R., Wunsch C. Ocean Circulation Kinetic Energy: Reservoirs, Sources, and Sinks // Annual Review of Fluid Mechanics. 2009. Vol. 41. P. 253–282. doi:10.1146/annurev.fluid.40.111406.102139
  15. Modulation of Wind Work by Oceanic Current Interaction with the Atmosphere / L. Renault [et al.] // Journal of Physical Oceanography. 2016. Vol. 46, iss. 6. P. 1685–1704. doi:10.1175/JPO-D-15-0232.1
  16. Павлушин А. А., Шапиро Н. Б., Михайлова Э. Н. Энергетические переходы в двухслойной вихреразрешающей модели Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 3. С. 201–219. doi:10.22449/0233-7584-2019-3-201-219
  17. Numerical Models of Oceans and Oceanic Processes / Eds. L. H. Kantha, C. A. Clayson. Elsevier Inc., 2000. P. 1–940. (International Geophysics Book series; vol. 66). doi:10.1016/s0074-6142(00)x8001-1
  18. Белоненко Т. В., Колдунов В. В., Фукс В. Р. О cтояче-поступательных волнах Россби в море и океане // Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 7. Геология. География. 2012. № 2. С. 91–103. EDN OZGGKX.

Скачать статью в PDF-формате