Особенности и причины пространственной неоднородности потоков механической энергии в Черном море

А. А. Павлушин

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

e-mail: pavlushin@mhi-ras.ru

Аннотация

Цель. Цель работы состоит в определении причин пространственной неоднородности потоков механической энергии, возникающих при формировании и эволюции крупномасштабных течений в Черном море. Неравномерность распределения потоков энергии по акватории моря была выявлена при анализе осредненных по времени полей энергетических характеристик, полученных методом численного моделирования.

Методы и результаты. С использованием данных экспериментов, проведенных с помощью двухслойной вихреразрешающей модели, рассчитаны составляющие энергетического баланса восточной и западной частей Черного моря. В результате осреднения энергетических характеристик по времени и по площади в пределах выбранных областей построена интегральная схема потоков механической энергии. Для подтверждения гипотезы о влиянии β-эффекта на перераспределение энергетических потоков проведен дополнительный эксперимент с постоянным параметром Кориолиса и рассчитаны балансы энергии методом, аналогичным применяемому в первом эксперименте.

Выводы. Установлено, что в Черном море под влиянием β-эффекта происходит перераспределение потоков энергии по площади бассейна. В восточной половине моря осуществляется накачка течений энергией ветра и идет процесс формирования потенциальной энергии, которая затем вследствие адвекции горизонтальными течениями переносится на запад. В западной части моря перенесенная с востока потенциальная энергия переходит в кинетическую энергию течений, значительная часть которой диссипирует вследствие придонного трения и горизонтальной турбулентной вязкости. Оставшаяся часть кинетической энергии переносится течением в верхнем слое моря обратно в восточную половину бассейна, где снова участвует в процессе формирования потенциальной энергии.

Ключевые слова

Черное море, энергетический баланс, переходы энергии, крупномасштабная циркуляция, β-эффект, 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. Особенности и причины пространственной неоднородности потоков механической энергии в Черном море // Морской гидрофизический журнал. 2023. Т. 39, № 3. С. 328–341. EDN OSWDCN. doi:10.29039/0233-7584-2023-3-328-341

Pavlushin A.A., 2023. Features and Reasons for Spatial Heterogeneity of Mechanical Energy Flows in the Black Sea. Physical Oceanography, 30(3), pp. 302-314. doi:10.29039/1573-160X-2023-3-302-314

DOI

10.29039/0233-7584-2023-3-328-341

Список литературы

  1. Demyshev S. G., Dymova O. A. Analyzing intraannual variations in the energy characteristics of circulation in the Black Sea // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2016. Vol. 52. P. 386–393. doi:10.1134/S0001433816040046
  2. Demyshev S. G., Dymova O. A. Numerical analysis of the Black Sea energy budget in 2011 // Journal of Physics: Conference Series. 2017. Vol. 899, iss. 2. 022004. doi:10.1088/1742-6596/899/2/022004
  3. Kang D., Curchitser E. N. Energetics of Eddy–Mean Flow Interactions in the Gulf Stream Region // Journal of Physical Oceanography. 2015. Vol. 45, iss. 4. P. 1103–1120. doi:10.1175/JPO-D-14-0200.1
  4. Травкин В. С., Жмур В. В., Белоненко Т. В. Вклад мезомасштабных вихрей Лофотенской котловины в ее энергетику // Russian Journal of Earth Sciences. 2022. T. 22, № 4. ES4002. doi:10.2205/2022ES000802
  5. Chen R., Thompson A. F., Flierl G. R. Time-Dependent Eddy-Mean Energy Diagrams and Their Application to the Ocean // Journal of Physical Oceanography. 2016. Vol. 46, iss. 9. P. 2827– 2850. doi:10.1175/JPO-D-16-0012.1
  6. Demyshev S. G., Dymova O. A. Numerical analysis of the Black Sea currents and mesoscale eddies in 2006 and 2011 // Ocean Dynamics. 2018. Vol. 68, iss. 10 P. 1335–1352. doi:10.1007/s10236-018-1200-6
  7. Демышев С. Г., Дымова О. А. Анализ энергетического цикла Лоренца для различных режимов циркуляции Черного моря // Труды Карельского научного центра РАН. 2022. № 6. С. 26–40. doi:10.17076/lim1621
  8. 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
  9. Oey L.-Y. Loop Current and Deep Eddies // Journal of Physical Oceanography. 2008. Vol. 38, iss. 7. P. 1426–1429. doi:10.1175/2007JPO3818.1
  10. Mesoscale to Submesoscale Transition in the California Current System. Part II: Frontal Processes / X. Capet [et al.] // Journal of Physical Oceanography. 2008. Vol. 38, iss. 1. P. 44–64. doi:10.1175/2007JPO3672.1
  11. Пузина О. С., Кубряков А. А., Мизюк А. И. Сезонная и вертикальная изменчивость энергии течений в субмезомасштабном диапазоне на шельфе и в центральной части Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37, № 1. С. 41–56. doi:10.22449/0233-7584-2021-1-41-56
  12. Павлушин А. А., Шапиро Н. Б., Михайлова Э. Н. Роль рельефа дна и β-эффекта в динамике Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2017. № 6. С. 27−39. doi:10.22449/0233-7584-2017-6-27-39
  13. Павлушин А. А. Численное моделирование крупномасштабной циркуляции и вихревых структур в Черном море // Труды Государственного океанографического института. 2018. № 219. С. 174–194. EDN UTDXPY
  14. Коротенко К. А. Моделирование мезомасштабной циркуляции Черного моря // Океанология. 2015. Т. 55, № 6. С. 909–915. doi:10.7868/S0030157415060076
  15. 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
  16. 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
  17. Иванов В. А., Белокопытов В. Н. Океанография Черного моря. Севастополь, 2011. 212 c.
  18. Маркова Н. В., Багаев А. В. Оценка скоростей глубоководных течений в Черном море по данным дрейфующих буев-профилемеров Argo // Морской гидрофизический журнал. 2016. № 3. С. 26−39. doi:10.22449/0233-7584-2016-3-26-39
  19. Педлоски Дж. Геофизическая гидродинамика. В 2-х т. М. : Мир, 1984.
  20. Гилл А. Динамика атмосферы и океана. М. : Мир, 1986. Т. 2. 415 с.

Скачать статью в PDF-формате