Вертикальное перемешивание в нижней части основного пикноклина Черного моря

А. Н. Морозов

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

e-mail: anmorozov@mhi-ras.ru

Аннотация

Цель. Оценка коэффициента вертикальной турбулентной диффузии в нижней части основного пикноклина в районе континентального склона и в глубоководной зоне Черного моря – цель настоящей работы.

Методы и результаты. Использованы данные, собранные в 87-м рейсе НИС «Профессор Водяницкий», проходившем в центральном секторе северной части Черного моря с 30 июня по 18 июля 2016 г. Профили температуры, солености и скорости течения измерялись CTD/LADCP-зондами. Предложен способ применения параметризации G03 для слоя толщиной ~ 200 м между изопикнами со значениями условной плотности 15,5 и 16,8 кг/м3. Для подавления шумов измерения использовались изопикническое осреднение по ансамблю станций и аппроксимация результирующих профилей параметров степенными функциями. Различие передаточных функций обработки CTD- и LADCP-данных учитывалось при интегрировании канонического спектра внутренних волн. По данным 20 глубоководных станций получен изопикнически осредненный профиль частоты плавучести, демонстрирующий слои ее степенной и экспоненциальной зависимости от глубины. Детально с представлением графического материала обсуждаются методические вопросы применения параметризации G03 в нижней части основного пикноклина Черного моря. Профили коэффициента вертикальной турбулентной диффузии KG03 показывают его почти постоянное значение ~ 2·10-6 м2/с в районе континентального склона и линейное возрастание с глубиной от 1·10-6 до 2·10-6 м2/с в глубоководной части моря. Максимальное значение рассчитанных потоков тепла составляет 12 мВт/м2, что подтверждает их незначительное влияние на прогрев холодного промежуточного слоя. Поток соли на верхней границе слоя в районе континентального склона составил 6·10-5 г/(м2·с), в глубоководной части моря ~ 3·10-5 г/(м2·с). На нижней границе слоя потоки соли почти одинаковы для двух районов, они составили ~ 5·10-6 г/(м2·с). Отношение сдвиг/деформация проявляет резкое увеличение с глубиной и подчеркивает значительное различие природы мелкомасштабных процессов на границах нижней части основного пикноклина.

Выводы. Оценка коэффициента вертикальной турбулентной диффузии с применением параметризации G03 хорошо согласуется со значениями, полученными в других районах моря по данным микроструктурных зондов. Вопрос сопоставимости оценок тем не менее остается открытым и требует проведения синхронных измерений микроструктурными и CTD/LADCP-зондами.

Ключевые слова

Черное море, основной пикноклин, вертикальное турбулентное перемешивание, Основное Черноморское течение, сдвиг скорости течения, деформация

Благодарности

Работа выполнена в рамках темы государственного задания ФГБУН ФИЦ МГИ FNNN-2024-0012 «Оперативная океанология».

Для цитирования

Морозов А. Н. Вертикальное перемешивание в нижней части основного пикноклина Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2025. Т. 41, № 5. С. 586–598. EDN WNMFEK.

Morozov, A.N., 2025. Vertical Mixing in the Lower Part of Main Pycnocline in the Black Sea. Physical Oceanography, 32(5), pp. 601-612.

Список литературы

  1. Влияние динамики течений на гидрофизическую структуру вод и вертикальный обмен в деятельном слое Черного моря / А. Г. Зацепин [и др.] // Океанология. 2007. Т. 47, № 3. С. 327–339. EDN IAFSJJ.
  2. Munk W. H. Abyssal recipes // Deep Sea Research and Oceanographic Abstracts. 1966. Vol. 13, iss. 4. P. 707–730. https://doi.org/10.1016/0011-7471(66)90602-4
  3. Munk W. H., Anderson E. R. Notes on the theory of the thermocline // Journal of Marine Research. 1948. Vol. 7, iss. 3. P. 276–295.
  4. Finescale parameterizations of turbulent dissipation / K. L. Polzin [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2014. Vol. 119, iss. 2. P. 1383–1419. https://doi.org/10.1002/2013JC008979
  5. Turbulent diapycnal fluxes as a pilot Essential Ocean Variable / A. Le Boyer [et al.] // Frontiers in Marine Science. 2023. Vol. 10. 10:1241023. https://doi.org/10.3389/fmars.2023.1241023
  6. Turbulence Across the Antarctic Circumpolar Current in the Indian Southern Ocean: Micro-Temperature Measurements and Finescale Parameterizations / Y. Sasaki [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2024. Vol. 129, iss. 2. e2023JC019847. https://doi.org/10.1029/2023JC019847
  7. Takahashi A., Hibiya T. Assessment of Finescale Parameterizations of Deep Ocean Mixing in the Presence of Geostrophic Current Shear: Results of Microstructure Measurements in the Antarctic Circumpolar Current Region // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2018. Vol. 124, iss. 1. P. 135–153. https://doi.org/10.1029/2018JC014030
  8. Gregg M. C., Yakushev E. Surface ventilation of the Black Sea’s cold intermediate layer in the middle of the western gyre // Geophysical Research Letters. 2005. Vol. 32, iss. 3. L03604. https://doi.org/10.1029/2004GL021580
  9. Вертикальный турбулентный обмен в Черном море: экспериментальные исследования и моделирование / А. С. Самодуров [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2023. Т. 39, № 6. С. 735–759. EDN LCDZNK.
  10. Подспутниковый полигон для изучения гидрофизических процессов в шельфово-склоновой зоне Черного моря / А. Г. Зацепин [и др.] // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2014. Т. 50, № 1. С. 16–29. EDN RTOUUT. https://doi.org/10.7868/S0002351513060163
  11. Подымов О. И., Зацепин А. Г., Островский А. Г. Вертикальный турбулентный обмен в Черноморском пикноклине и его связь с динамикой вод // Океанология. 2017. Т. 57, № 4. С. 546–559. EDN ZCRXXJ. https://doi.org/10.7868/S0030157417040049
  12. Podymov O. I., Zatsepin A. G., Ostrovskii A. G. Fine Structure of Vertical Density Distribution in the Black Sea and Its Relationship with Vertical Turbulent Exchange // Journal of Marine Science and Engineering. 2023. Vol. 11, iss. 1. 170. https://doi.org/10.3390/jmse11010170
  13. Морозов А. Н., Лемешко Е. М. Методические аспекты использования акустического доплеровского измерителя течений (ADCP) в Черном море // Морской гидрофизический журнал. 2006. № 4. С. 31–48. EDN YOFQNN.
  14. Gregg M. C., Sanford T. B., Winkel D. P. Reduced mixing from the breaking of internal waves in equatorial waters // Nature. 2003. Vol. 422. P. 513–515. https://doi.org/10.1038/nature01507
  15. Dissipation Rate Estimates from Microstructure and Finescale Internal Wave Observations along the A25 Greenland–Portugal OVIDE Line / B. Ferron [et al.] // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2014. Vol. 31, iss. 11. P. 2530–2543. https://doi.org/10.1175/JTECH-D-14-00036.1
  16. Microstructure Mixing Observations and Finescale Parameterizations in the Beaufort Sea / E. C. Fine [et al.] // Journal of Physical Oceanography. 2021. Vol. 51, iss. 1. P. 19–35. https://doi.org/10.1175/JPO-D-19-0233.1
  17. Validation Finescale Parameterizations for the Eastern Arctic Ocean Internal Wave Field / T. M. Baumann [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2023. Vol. 128, iss. 11. e2022JC018668. https://doi.org/10.1029/2022JC018668
  18. Henyey F. S., Wright J., Flatté S. M. Energy and action flow through the internal wave field: An eikonal approach // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1986. Vol. 91, iss. C7. P. 8487–8495. https://doi.org/10.1029/JC091iC07p08487
  19. Polzin K. L., Toole J. M., Smith R. W. Finescale Parameterizations of Turbulent Dissipation // Journal of Physical Oceanography. 1995. Vol. 25, iss. 3. P. 306–328. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1995)025%3C0306:FPOTD%3C2.0.CO;2
  20. Морозов А. Н., Маньковская Е. В. Характеристики придонного конвективного слоя Черного моря по натурным данным (июль 2016 года) // Морской гидрофизический журнал. 2022. Т. 38, № 5. С. 548–561. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2022-5-548-561
  21. Иванов В. А., Белокопытов В. Н. Океанография Черного моря. Севастополь, 2011. 212 с.
  22. Морозов А. Н., Маньковская Е. В. Пространственные характеристики холодного промежуточного слоя Черного моря летом 2017 года // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37, № 4. С. 436–446. EDN BCSYUB. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2021-4-436-446
  23. Stanev E. V., Chtirkova B., Peneva E. Geothermal Convection and Double Diffusion Based on Profiling Floats in the Black Sea // Geophysical Research Letters. 2021. Vol. 48, iss. 2. e2020GL091788. https://doi.org/10.1029/2020GL091788
  24. Самодуров А. С. Взаимодополняемость различных подходов для оценки интенсивности вертикального турбулентного обмена в естественных стратифицированных бассейнах // Морской гидрофизический журнал. 2016. № 6. С. 37–48. EDN XGXULL. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2016-6-37-48
  25. Garrett C., Munk W. Space-time scales of internal waves: A progress report // Journal of Geophysical Research. 1975. Vol. 80, iss. 3. P. 291–297. https://doi.org/10.1029/JC080i003p00291
  26. Cairns J. L., Williams G. O. Internal wave observations from a midwater float, 2 // Journal of Geophysical Research. 1976. Vol. 81, iss. 12. P. 1943–1950. https://doi.org/10.1029/JC081i012p01943
  27. Морозов А. Н. Вертикальное перемешивание в основном пикноклине Черного моря в летний сезон // Морской гидрофизический журнал. 2025. Т. 41, № 3. С. 251–263. EDN POFJIH.
  28. Global Abyssal Mixing Inferred from Lowered ADCP Shear and CTD Strain Profiles / E. Kunze [et al.] // Journal of Physical Oceanography. 2006. Vol. 36, iss. 8. P. 1553–1576. https://doi.org/10.1175/JPO2926.1
  29. Gregg M. C. Scaling turbulent dissipation in the thermocline // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1989. Vol. 94, iss. C7. P. 9686–9698. https://doi.org/10.1029/JC094iC07p09686
  30. Fer I. Scaling turbulent dissipation in an Arctic fjord. // Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography. 2006. Vol. 53, iss. 1–2. P. 77–95. https://doi.org/10.1016/j.dsr2.2006.01.003
  31. Chinn B. S., Girton J. B., Alford M. H. The Impact of Observed Variations in the Shear-to-Strain Ratio of Internal Waves on Inferred Turbulent Diffusivities // Journal of Physical Oceanography. 2016. Vol. 46, iss. 11. P. 3299–3320. https://doi.org/10.1175/JPO-D-15-0161.1
  32. Циркуляция вод и характеристики разномасштабных течений в верхнем слое Черного моря по дрифтерным данным / В. М. Журбас [и др.] // Океанология. 2004. Т. 44, № 1. С. 34–48. EDN OWJSRJ.
  33. Seasonal Variability of Near-Inertial Internal Waves in the Deep Central Part of the Black Sea / E. Khimchenko [et al.] // Journal of Marine Science and Engineering. 2022. Vol. 10, iss. 5. 557. https://doi.org/10.3390/jmse10050557
  34. Khimchenko E., Ostrovskii A. Observations of Near-Inertial Internal Waves over the Continental Slope in the Northeastern Black Sea // Journal of Marine Science and Engineering. 2024. Vol. 12, iss. 3. 507. https://doi.org/10.3390/jmse12030507
  35. Морозов А. Н., Маньковская Е. В., Федоров С. В. Инерционные колебания в северной части Черного моря по данным натурных наблюдений // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2021. Т. 14, № 1. С. 43–53. EDN UCLNDV. https://doi.org/10.7868/S2073667321010044

Скачать статью в PDF-формате

Мы используем Яндекс Метрику. Подробнее.