Течения и турбулентная диффузия в придонном пограничном слое Баренцева моря

В.М. Кушнир1, Е. Хансен2, Л.А. Петренко1, В.К. Павлов2, А.Н. Морозов1, С.В. Станичный1, С.В. Федоров1

1 Морской гидрофизический институт НАН Украины, Украина

2 Норвежский Полярный институт, Тромсо, Норвегия

Аннотация

Расчет стационарного поля скорости течения на верхней границе придонного пограничного слоя (ППС) в Баренцевом море выполнен на основе упрощенной модели, учитывающей поля скорости ветра и плотности воды для основных периодов сезонного цикла, а также рельеф дна. Использован климатический массив BarKode и данные о скорости ветра над Баренцевым морем за последние 50 лет. Расчеты показали, что поле придонных течений характеризуется значительной неоднородностью, их скорости изменяются от долей см/с до 5 см/с в зонах со значительным наклоном дна. Оценки толщины ППС получены для постоянного коэффициента придонного трения Сf = 0,04. Толщина ППС на большей части акватории Баренцева моря составляет ~ 1 м, в районах с существенными уклонами дна она увеличивается до 2 - 2,5 м и в двух зонах интенсификации придонных течений возрастает до 5 м. Максимальная оценка коэффициента турбулентной вязкости близка к 5 см2/с. Среднее значение коэффициента вертикальной диффузии плотности Ks равно 2,34 см2/с, его стандартное отклонение - 1,52 см2/с..

Для цитирования

Кушнир В.М., Хансен Е., Петренко Л.А., Павлов В.К., Морозов А.Н., Станичный С.В., Федоров С.В. Течения и турбулентная диффузия в придонном пограничном слое Баренцева моря // Морской гидрофизический журнал. 2007. № 5. С. 31-49. EDN YORKGT.

Kushnir, V.M., Hansen, E., Petrenko, L.A., Pavlov, V.K., Morozov, A.N., Stanichnyi, S.V. and Fedorov, S.V., 2007. Currents and turbulent diffusion in the bottom boundary layer of the Barents Sea. Physical Oceanography, 17(5), pp. 278–295. doi:10.1007/s11110-007-0022-8

Список литературы

  1. Earney F.C.F. Norway’s offshore petroleum industry – problems and prospects // Scott. Geogr. Mag. — 1994. — 110, № 1. — P. 13–23.
  2. Dore A.G. Barents Sea geology, petroleum resources and commercial potential // Arctic. — 1995. — 48, № 3. — P. 207–221.
  3. Klungsoyr J., Saetre R., Foyn L., Loeng H. Man’s impact on the Barents Sea // Ibid. — P. 279–296.
  4. Ocean Dumping of Chemical Munitions: Environmental Effects in Arctic Seas. / Ed by Dr. Michael McElroy. — MEDEA, 1997. — P. 3.1–3.20.
  5. Radionuclides in the Arctic Seas from the Former Soviet Union: Potential Health and Ecological Risks // Arctic Nuclear Waste Assessment Program (ANWAP) / Ed. D. Layton, R. Edson, B. Napier. — Office of Naval Research (ONR). — 1997. — P. 2.4–2.9.
  6. Yablokov A.V. Radioactive waste disposal in seas adjacent to the territory of the Russian Federation // Mar. Plil. Bull. — 2001. — 43, № 1. — P. 8–18.
  7. Loeng H., Sætre R. Features of the Barents Sea circulation // Fisken og havet. — Ins. Mar. Res., 2001. — № 1. — 40 p.
  8. Loeng H. Features of the physical oceanographic conditions in the Barents Sea // Polar Res. — 1991. — 10, № 1. — P. 5–18.
  9. Ingvaldsen R.V., Asplin L., Loeng H. Velocity field of the western entrance to the Barents Sea // J. Gephys. Res. — 2004. — 109, № C3.
  10. Ingvaldsen R.V., Asplin L., Loeng H. The seasonal cycle in the Atlantic transport to the Barents Sea during the years 1997–2001 // Cont. Shelf Res. — 2004. — 24, № 9. — P. 1015–1032.
  11. Slagstad D., Stolenhansen A., Loeng H. Density driven currents in the Barents Sea calculated by a numerical model // Model. Identif. and Contr. — 1990. — 11, № 4. — P. 181–190.
  12. Harms I.H. A numerical study of the barotropic circulation in the Barents and Kara Seas // Cont. Shelf Res. — 1992. — 12, № 9. — P. 1043–1058.
  13. Булышев М.Г., Сидорова А.Н. Расчет среднемесячной циркуляции в Баренцевом море // Метеорология и гидрология. — 1994. — № 4. — С. 78–87.
  14. Яковлев Н.Г. Реконструкция среднемесячной циркуляции Баренцева моря и анализ чувствительности циркуляции к обмену вод на открытых границах // Изв. РАН. ФАО. — 1999. — 35, № 6. — С. 846–857.
  15. Архипов Б.В., Попов С.Л. Моделирование течений в юго-восточном регионе Баренцева моря // Океанология. — 1996. — 36, № 6. — С. 805–813.
  16. McClimans T.A., Nilsen J.H. Laboratory simulation of the ocean currents in the Barents Sea // Dyn. Atmos. and Ocean. — 1993. — 19, № 1–4. — P. 3–25.
  17. Weatherly G.L., Martin P.J. On the structure and dynamics of the oceanic bottom boundary layer // J. Phys. Oceanog. — 1978. — 8, № 4. — P. 537–570.
  18. Лукосов В.Н., Гумман Л.Н. Турбулентный пограничный слой над наклонной подстилающей поверхностью // Изв. АН СССР. ФАО. — 1972. — № 8. — С. 799–809.
  19. Kushnir V.M., Lebedeva T.P., Perepada E.B. Vertical structure of the marine bottom boundary layer and turbulent fluxes parameterization. // Flow Modeling and Turbulence Measurements VII. Proceedings of ISFMTM 98. — Tainan, Taiwan, 1998. — P. 19–26.
  20. Еремеев В.Н., Кушнир В.М. Придонный пограничный слой в Черном море: результаты и перспективы исследований // Морской гидрофизический журнал. — 1998. — № 1. — С. 50–69.
  21. Kushnir V.M. Turbulent diffusion in the near bottom boundary layer of the Black Sea shelf zone // J. Mar. Syst. — 1999. — 21. — P. 243–253.
  22. Stigebrandt A. A note on the locus of a shelf front // Tellus. — 1988. — 40A. — P. 439–442.
  23. Kitaigorodskii S.A. The location of thermal shelf front and the variability of the height of tidal benthic boundary layers // Ibid. — 1992. — 44A. — P. 425–433.
  24. Hjellvik V., Godo O.R., Tjostheim D. Decomposing and explaining the variability of bottom trawl survey data from the Barents Sea // Sarsta. — 2004. — 89, № 3. — P. 196–210.
  25. Sternberg R.W., Aagaard K., Cacchione D. et al. Long-term near bottom observation of velocity and hydrographic properties in the northwest Barents Sea with implications for sediment transport // Cont. Shelf Res. — 2001. — 21, № 5. — P. 509–529.
  26. Демин Ю.Л., Ибраев П.А. Численные модели и результаты калибровки расчетов течений в Атлантическом океане. — М.: Наука, 1992. — 170 с.
  27. Golubev V.A., Zuyev A.N. World Climatic Research Programme. Arctic Climate System Study. Barents and Kara Seas Oceanographic Data Base (BarKode) / Ed. by C. Oelke // IACPO Informal Report. — 1999. — № 5. — 213 p.
  28. Blumberg A.F., Mellor G.L. A description of a three-dimensional coastal ocean model // Three-Dimensional Shelf Models / Ed. by N. Heaps. — Washington: AGU, 1987. — P. 1–16.
  29. Mellor G.L. User's guide for a three dimensional, primitive equation, numerical ocean model, report // Program in Atmosph. and Ocean. Sci. — Princeton: Princeton Univ., 1991. — № 3. — 35 p.
  30. Демышев С.Г., Коромаев Г.К. Численная модель баланса энергии бароклинных течений океана с неровным дном на С-сетке // Численные модели и результаты калибровки вычисления в Атлантическом океане. — М.: Наука, 1992. — С. 163–231.
  31. Бурков В.А. Общая циркуляция вод в Тихом океане. — М.: Наука, 1972. — 195 с.
  32. Павлов В.К., Белова Н.В. Применение метода Буркова для расчета геострофических течений в северо-европейском бассейне // Труды ААННИИ. — 1985. — № 399. — С. 78–85.
  33. Saucier F.J., Roy F., Gilbert D. Modeling the formation and circulation processes of water masses and sea ice in the Gulf of St. Lawrence, Canada // J. Geophys. Res. — 2003. — 108, № C8. — P. 1–20.
  34. Pavlov V.K., Kulakov M.Yu. Development and implementation of a computer code for modeling the dispersion pollutants in the Arctic Ocean // IAEA, Tech. Rep. 7459/RB/TC. — Vienna, 1994. — 97 p.
  35. Боуден К.Е. Физическая океанография прибрежных вод. — М.: Мир, 1988. — 324 с.
  36. Madsen O.S. A realistic model of the wind-induced Ekman boundary layer // J. Phys. Oceanogr. — 1977. — 7. — P. 248–255.
  37. Itsweire E.C., Koseff J.R, Briggs D.A., Ferziger J.H. Turbulence in stratified shear flows: Implications for interpreting shear-induced mixing in the ocean // Ibid. — 1993. — 23. — P. 1508–1522.
  38. Набатов В.Н., Озмидов Р.В. Исследования турбулентных пограничных слоев в океане // Океанология. — 1987. — 27, № 1. — С. 5–11.
  39. Kushnir V.M., Khanbilvardi R., Shteinman B.S. Turbulent diffusion in lake Kinneret under conditions of pronounced density stratification // Proc. Abstr. and Pap. of the 6th Int. Conf. on Hydro-Sci. and Engin. — Brisbane, Australia, May 31 – June 3. — 2004.
  40. Gregg M.C. Diapycnal mixing in the thermocline: A review // J. Geophys. Res. — 1987. — 92, № C5. — P. 5249–5286.
  41. Thorpe S.A. Turbulence and mixing in a Scottish Loch // Philos. Trans. Roy. Soc. London. — 1977. — A286. — P. 125–181.
  42. Evans D.L. Observations of small-scale shear and density structure in the ocean // Deep-Sea Res. — 1982. — 29, № 5A. — P. 581–595.
  43. Garget A.E. Vertical eddy diffusivity in the ocean interior // J. Mar. Res. — 1984. — 42. — P. 359–393.
  44. Еремеев В.Н., Кушнир В.М. Слоистая структура течений и вертикальный обмен в Черном море // Океанология. — 1996. — 36, № 1. — P. 13–19.

Скачать статью в PDF-формате

Мы используем Яндекс Метрику. Подробнее.