Потоки энергии между средними течениями и мезомасштабными вихрями в восточной и западной частях Черного моря

А. А. Павлушин

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

e-mail: pavlushin@mhi-ras.ru

Аннотация

Цель. Целью данной работы является анализ потоков энергии между течениями разных масштабов в восточной и западной частях Черного моря.

Методы и результаты. Для определения составляющих энергетического баланса использовались результаты численного расчета полей течений в Черном море, выполненного с помощью двухслойной вихреразрешающей модели, возбуждаемой ветром с циклонической завихренностью. Полная нестационарная крупномасштабная циркуляция моря условно представлялась в виде суммы средних течений и мезомасштабных вихрей. Были рассчитаны переходы между кинетической и доступной потенциальной энергией, а также потоки энергии между крупномасштабными течениями и мезомасштабными вихрями отдельно для восточной и западной части Черного моря. Кроме того, были определены адвективные потоки энергии через меридиональную границу между двумя частями моря.

Выводы. Основной вклад в адвективный перенос потенциальной энергии из восточной части Черного моря в западную вносят мезомасштабные вихри. Этот адвективный перенос энергии приводит к возникновению различий в направлении потоков энергии между течениями разных масштабов в восточной и западной частях моря. В восточной части энергия передается от средних течений к мезомасштабным вихрям, а в западной наблюдается обратный поток энергии. Показано, что обмен кинетической энергией между различными масштабами обеспечивается работой силы Кориолиса, которая для исходных течений равна нулю, но оказывается не равной нулю отдельно для средних течений и мезомасштабных вихрей.

Ключевые слова

Черное море, крупномасштабная циркуляция, средние течения, мезомасштабные вихри, энергетический баланс, поток энергии, β-эффект, волны Россби

Благодарности

Работа выполнена в рамках темы государственного задания FNNN-2022-0003 «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. Потоки энергии между средними течениями и мезомасштабными вихрями в восточной и западной частях Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2024. Т. 40, № 1. С. 108–129. EDN HTUSGA.

Pavlushin, А.A., 2024. Energy Flows between the Mean Currents and the Mesoscale Eddies in the Eastern and Western Parts of the Black Sea. Physical Oceanography, 31(1), pp. 99-119.

Список литературы

  1. Иванов В. А., Белокопытов В. Н. Океанография Черного моря. Севастополь, 2011. 212 c.
  2. Seasonal, interannual, and mesoscale variability of the Black Sea upper layer circulation derived from altimeter data / G. Korotaev [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2003. Vol. 108, iss. C4. 3122. doi:10.1029/2002JC001508
  3. Коротенко К. А. Моделирование мезомасштабной циркуляции Черного моря // Океанология. 2015. Т. 55, № 6. С. 909–915. EDN UVEPDV. doi:10.7868/S0030157415060076
  4. Universal structure of mesoscale eddies in the ocean / Z. Zhang [et al.] // Geophysical Research Letters. 2013. Vol. 40, iss. 14. P. 3677–3681. doi:10.1002/grl.50736
  5. Chelton D. B., Schlax M. G., Samelson R. M. Global observations of nonlinear mesoscale eddies // Progress in Oceanography. 2011. Vol. 91, iss. 2. P. 167–216. doi:10.1016/j.pocean.2011.01.002
  6. Chen G., Hou Y., Chu X. Mesoscale eddies in the South China Sea: Mean properties, spatiotemporal variability, and impact on thermohaline structure // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2011. Vol. 116, iss. C6. C06018. https://doi.org/10.1029/2010JC006716
  7. Кубряков А. А., Станичный С. В. Синоптические вихри в Черном море по данным спутниковой альтиметрии // Океанология. 2015. Т. 55, № 1. С. 65–77. EDN TGWBIX. doi:10.7868/S0030157415010104
  8. Numerical Models of Oceans and Oceanic Processes / Ed. L. H. Kantha, C. A. Clayson. San-Diego : Academic Press, 2000. 940 p. (International Geophysics Series ; vol. 66). doi:10.1016/s0074-6142(00)x8001-1
  9. 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. EDN QHQKPF. doi:10.22449/0233-7584-2017-6-27-39
  10. Субмезомасштабные вихри на кавказском шельфе Черного моря и порождающие их механизмы / А. Г. Зацепин [и др.] // Океанология. 2011. Т. 51, № 4. С. 592–605. EDN NXXEQF.
  11. 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
  12. Влияние субмезомасштабных вихрей на перенос взвешенного вещества в прибрежной зоне Крыма по данным БПЛА, спутниковых и контактных измерений / А. А. Кубряков [и др.] // Океанология. 2021. Т. 61, № 2. С. 182–197. EDN VZKVBX. doi:10.31857/S0030157421020106
  13. Калашник М. В., Курганский М. В., Чхетиани О. Г. Бароклинная неустойчивость в геофизической гидродинамике // Успехи физических наук. 2022. Т. 192, № 10. С. 1110–1144. EDN PLRMZL. doi:10.3367/UFNr.2021.08.039046
  14. 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.
  15. 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
  16. 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. EDN QAWITM. doi:10.17076/lim1621
  17. 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.
  18. Павлушин А. А., Шапиро Н. Б., Михайлова Э. Н. Захваченные волны и меандрирование Основного Черноморского течения // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2019. № 4. С. 14–21. EDN SYNPMJ. doi:10.22449/2413-5577-2019-4-14-21
  19. 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. EDN WNAFSV.
  20. Энергетический спектр скорости течения в глубокой части Черного моря / А. А. Клювиткин [и др.] // Доклады Академии наук. 2019. Т. 488, № 5. C. 550–554. EDN RUPYJT. doi:10.31857/S0869-56524885550-554
  21. Holland W. R., Lin L. B. On the Generation of Mesoscale Eddies and their Contribution to the Oceanic General Circulation. I. A Preliminary Numerical Experiment // Journal of Physical Oceanography. 1975. Vol. 5, iss. 4. P. 642–657. doi:10.1175/1520-0485(1975)005%3C0642:OTGOME%3E2.0.CO;2
  22. Stanev E. V., Rachev N. H. Numerical study on the planetary Rossby modes in the Black Sea // Journal of Marine Systems. 1999. Vol. 21, iss. 1–4. P. 283–306. https://doi.org/10.1016/S09247963(99)00019-6
  23. 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

Скачать статью в PDF-формате