Purpose. The study is purposed at analyzing the physical mechanisms of formation of the Black and Marmara seas circulation structures based on the numerical experiments with climatic boundary conditions.
Methods and Results. To investigate the reasons for formation of the circulation features, the energetic approach was applied that permitted to calculate the work of the forces affecting the marine environment. Location in the same geographical region determines similarity of the atmospheric conditions for the Black and Marmara seas, and the clearly pronounced two-layer water stratification in both basins is related to a significant difference in salinity of the Black Sea and Mediterranean waters. To analyze the mechanisms of circulation variability, the mean and eddy fields formed under the impact of climatic atmospheric forcing and calculated using a numerical model of sea dynamics were considered. Wind influence, thermohaline fluxes on the sea surface, buoyancy work, friction, and diffusion were quantitatively assessed based on calculation of the Lorenz energy cycle components. The common features were found in the mechanisms of mesoscale variability, and the differences – in the mechanisms of large-scale circulation variability.
Conclusions. It is shown that the main source of energy for the Black Sea mean circulation is the wind stress work, and as for the Marmara Sea, the dominant factor is the buoyancy work. For both basins, variability of the eddy kinetic energy characterizing the mesoscale dynamics is conditioned by baroclinic instability. At that, about a quarter of the available potential energy in the Black Sea, and about a half of it in the Marmara Sea is transformed into the eddy kinetic energy.
Цель. Проанализированы физические механизмы формирования структуры циркуляции в Черном и Мраморном морях на основе численных экспериментов с использованием климатических краевых условий.
Методы и результаты. Для исследования причин формирования особенностей циркуляции использовался энергетический подход, который позволил рассчитать работу сил, действующих на морскую среду. Расположение в одном географическом регионе обусловливает сходство атмосферных условий для Черного и Мраморного морей, а четко выраженная двухслойная стратификация вод в обоих бассейнах связана со значительным перепадом солености между черноморскими и средиземноморскими водами. Для анализа механизмов изменчивости циркуляции рассмотрены средние и вихревые поля, сформированные под воздействием климатического атмосферного форсинга и рассчитанные по численной модели динамики моря. Количественные оценки влияния ветра, термохалинных потоков на поверхности морей, работы силы плавучести, трения, диффузии выполнены на основе расчета компонентов энергетического цикла Лоренца. Обнаружены общие черты в механизмах мезомасштабной изменчивости и различия в механизмах изменчивости крупномасштабной циркуляции.
Выводы. Основным источником энергии средней циркуляции Черного моря является работа силы ветра, для Мраморного моря доминирующий фактор – работа силы плавучести. Изменчивость вихревой кинетической энергии, характеризующей мезомасштабную динамику, для обоих бассейнов определяется бароклинной неустойчивостью. При этом в Черном море около четверти доступной потенциальной энергии трансформируется в вихревую кинетическую энергию, а в Мраморном – примерно половина.