hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.59887/2073-6673.2024.17(1)-2hydrophysics-1298Research ArticleГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ И БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И ПРОЦЕССЫHYDROPHYSICAL AND BIOGEOCHEMICAL FIELDS AND PROCESSESМоделирование баротропной приливной динамики Курильского регионаModeling the barotropic tidal dynamics of the Kuril regionhttps://orcid.org/0000-0002-2377-5621РодионовА. А.RodionovА. А.

Анатолий Александрович Родионов, руководитель научного направления «Фундаментальная и прикладная гидрофизика», член-корреспондент РАН, профессор

117997; Нахимовский пр., д. 36; Москва; 199034; Университетская наб., д. 5; Санкт-Петербург

Scopus AuthorID: 56223713100; WoS ResearcherID: AAT-6466–2021

117997; 36 Nakhimovsky Prosp.; Moscow; 199034;  5 Universitetskaya Nab.; St. Petersburg

Scopus AuthorID: 56223713100; WoS ResearcherID: AAT-6466–2021

rodionov.aa@spb.ocean.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3891-3396ВанкевичР. Е.VankevichR. E.

Роман Евгеньевич Ванкевич, старший научный сотрудник, кандидат технических наук

117997; Нахимовский пр., д. 36; Москва

Scopus AuthorID: 25642198100; WoS ResearcherID: M-3215–2013

117997; 36 Nakhimovsky Prosp.; Moscow

Scopus AuthorID: 25642198100; WoS ResearcherID: M-3215–2013

rvankevich@mail.ruКлеваннаяМ. К.KlevannayaM. K.

Марина Константиновна Клеванная

192212; Белградская ул., д. 16; Санкт-Петербург

192212; 16/2 Belgradskaya Str.; St. Petersburg

marin-kl@ya.ruВольцингерН. Е.VoltzingerN. E.

Наум Евсеевич Вольцингер, старший научный сотрудник

117997; Нахимовский пр., д. 36; Москва

Scopus AuthorID: 6603260554

117997; 36 Nakhimovsky Prosp.; Moscow

Scopus AuthorID: 6603260554

lenna30@mail.ruИнститут океанологии им. П.П. Ширшова, РАН; Санкт-Петербургский научный центр РАНРоссияShirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences; St. Petersburg Research Center, RASRussian FederationИнститут океанологии им. П.П. Ширшова, РАНРоссияShirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of SciencesRussian FederationООО «Кардинал-софт»РоссияLLC CARDINAL-SoftRussian Federation2024200420241712338Copyright © Родионов А.А., Ванкевич Р.Е., Клеванная М.К., Вольцингер Н.Е., 20242024Родионов А.А., Ванкевич Р.Е., Клеванная М.К., Вольцингер Н.Е.Rodionov А.А., Vankevich R.E., Klevannaya M.K., Voltzinger N.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/1298

   Решается 3D краевая задача расчета баротропной приливной динамики Курильского региона, включающего южную область Охотского моря, проливы Курильской гряды и ее материковый склон. Краевая задача в гидростатическом приближении реализуется в постановке для контравариантных потоков программного комплекса Cardinal. Моделирование приливной динамики проливов курильской гряды и ее материкового склона имеет особое значение в связи с высоким геостратегическим престижем региона. Исключительная сложность рельефа области, содержащей десятки подводных вулканов, требует решения задачи в полной негидростатической постановке; это делает необходимым многопроцессорную реализацию модели с высоким сеточным разрешением для ее репрезентативности. С целью кардинального уменьшения вычислительных затрат предложена рациональная методика рассмотрения и воспроизведения приливной динамики на 2D вертикальных разрезах области при решении на разрезах краевой задачи с повышенным сеточным разрешением. Приводится постановка краевых задач на продольных и поперечных вертикальных разрезах в негидростатической формулировке и в гидростатическом приближении. Приводятся результаты расчета полей уровня и скорости приливных течений, генерируемых доминирующей лунно-солнечной волной K1 и суммарным приливом в подобластях региона, результаты расчета структуры вертикальной скорости на разрезах области; приводятся результаты сравнения придонной вертикальной скорости над подводной горой и на свале глубин в гидростатической и негидростатической постановках, расчет частотного спектра и энергии приливных течений.

   A 3D boundary-value problem for computation barotropic tidal dynamics is solved at Kuril region, including southern part of the Okhotsk Sea, the Kuril Straits and its continental slope. The model is realised in statement for the contravariant components of velocity vector of the Programmed Complex “Cardinal”. Modeling the tidal dynamics of the straits of the Kuril Сhain and its continental slope is of particular importance due to the high geostrategic prestige of the region. The exceptional complexity of the relief of the area containing dozens of underwater volcanoes requires solving the problem in a complete non-hydrostatic formulation; this necessitates a multiprocessor implementation of the model with a high grid resolution for model representativity. An efficient methods for tidal dynamic reproduction at the 2D vertical cross-cuts domain is described. A statement of boundary problem at vertical cross-cuts is considered both in non-hydrostatic formulation and hydrostatic approximation. The results of computation contain the field of level tidal currents generated by the dominant wave K1 and summary wave in the synodic period; results of comparison the bottom vertical velocity at submarine mountain and on sharp depth changes in the hydrostatic and non-hydrostatic statements, result related to structure vertical velocity at cross-cut, the frequency spectrum and energy of tidal currents.

Курильские проливыматериковый склонбаротропный приливгидростатика/негидростатикавертикальные разрезы областиполя приливных характеристикKuril Straitscontinental slopebarotropic tidehydrostatic/non-hydrostaticvertical cuts of the domainfields of tidal characteristicsРабота выполнена в рамках государственного задания по теме № FMWE-2024-0028The work was carried out within the framework of the state assignments under theme No. FMWE-2024-0028ReferencesВольцингер Н.Е., Андросов А.А. Моделирование длинноволновой негидростатической динамики на горном рельефе. СПб.: Политех-Пресс, 2022. 170 с.Voltzinger N.E., Androsov A.A. Modeling of long-wave non-hydrostatic dynamics on a mountainous terrain. St. Petersburg, Polytech Press, 2022, 170 p. (in Russian).Вольцингер Н.Е., Андросов А.А., Клеванный К.А., Сафрай А.С. Океанологические модели негидростатической динамики. Обзор // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2018. Т. 11, № 1. С. 3–20. doi: 10.7868/S207366731801001XVoltzinger N.E., Androsov A.A., Klevanny K.A., Safrai A.S. Oceanological models of non-hydrostatic dynamics. Review. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2018, 11, 1, 3–20. doi: 10.7868/S207366731801001X (in Russian).Родионов А.А., Андросов А.А., Фофонова В.В., Кузнецов И.С., Вольцингер Н.Е. Моделирование приливной динамики северных проливов Курильской гряды // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2021. Т. 14, № 3. С. 20–34. doi: 10.7868/S2073667321030023Rodionov A.A., Androsov A.A., Fofonova V.V., Kuznetsov I.S., Voltsinger N.E. Modeling the tidal dynamics of the northern straits of the Kuril Ridge. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2021, 14, 3, 20–34. doi: 10.7868/S2073667321030023 (in Russian).Богданов К.Т., Мороз В.В. Структура, динамика и гидролого-акустические характеристики вод проливов Курильской гряды. Владивосток: Дальнаука, 2000. 152 с.Bogdanov K.T., Moroz V.V. Structure, dynamics and hydrological-acoustic characteristics of the waters of the Kuril Straits. Vladivostok, Dalnauka, 2000. 152 p. (in Russian).Nakamura T., Awaji T., Hatayama T., Kazunori A. Tidal exchange through Kuril Straits // Journal of Physical Oceanography. 2000. Vol. 30. P. 1622–1644. doi: 10.1175/1520-0485(2000)030<1622:TETTKS>2.0.CO;2Nakamura T., Awaji T., Hatayama T., Kazunori A. Tidal exchange through Kuril Straits // Journal of Physical Oceanography. 2000. Vol. 30. P. 1622–1644. doi: 10.1175/1520-0485(2000)030<1622:TETTKS>2.0.CO;2Nakamura T., Awaji T. Tidally induced diapycnal mixing in the Kuril Straits and its role in water transformation and transport: a three-dimensional nonhydrostatic model experiment // Journal of Geophysical Research. 2004. Vol. 109, C09S07. P. 122. doi: 10.1029/2003JC001850Nakamura T., Awaji T. Tidally induced diapycnal mixing in the Kuril Straits and its role in water transformation and transport: a three-dimensional nonhydrostatic model experiment // Journal of Geophysical Research. 2004. Vol. 109, C09S07. P. 122. doi: 10.1029/2003JC001850Rabinovich A.B., Thomson R.E., Bograd S.J. Drifter observations of anticyclonic eddies near Bussol’ Strait, the Kuril Islands // Journal of Oceanography. 2002. Vol. 58. P. 661–671. doi: 10.1023/A:1022890222516Rabinovich A.B., Thomson R.E., Bograd S.J. Drifter observations of anticyclonic eddies near Bussol’ Strait, the Kuril Islands // Journal of Oceanography. 2002. Vol. 58. P. 661–671. doi: 10.1023/A:1022890222516Ohshima K., Nakanowatari T., Riser S., Wakatsuchi M. Seasonal variation in the in-and outflow of the Okhotsk Sea with the North Pacific // Deep Sea Research. II. 2010. Vol. 57. P. 1247–1256. doi: 10.1016/j.dsr2.2009.12.012Ohshima K., Nakanowatari T., Riser S., Wakatsuchi M. Seasonal variation in the in-and outflow of the Okhotsk Sea with the North Pacific // Deep Sea Research. II. 2010. Vol. 57. P. 1247–1256. doi: 10.1016/j.dsr2.2009.12.012Katsumata K., Yasuda I. Estimates of non-tidal exchange transport between the Sea of Okhotsk and the North Pacific // Journal of Oceanography. 2010. Vol. 66. P. 489–504. doi: 10.1007/s10872-010-0041-9Katsumata K., Yasuda I. Estimates of non-tidal exchange transport between the Sea of Okhotsk and the North Pacific // Journal of Oceanography. 2010. Vol. 66. P. 489–504. doi: 10.1007/s10872-010-0041-9Nakamura T., Takeuchi Y., Uchimoto K., Mitsudera H. Effects of temporal variation in tide-induced vertical mixing in the Kuril Straits on the thermohaline circulation originating in the Okhotsk Sea // Progress in Oceanography. 2014. Vol. 126. P. 135–145. doi: 10.1016/j.pocean.2014.05.007Nakamura T., Takeuchi Y., Uchimoto K., Mitsudera H. Effects of temporal variation in tide-induced vertical mixing in the Kuril Straits on the thermohaline circulation originating in the Okhotsk Sea // Progress in Oceanography. 2014. Vol. 126. P. 135–145. doi: 10.1016/j.pocean.2014.05.007Клеванный К А., Смирнова Е.В. Использование программного комплекса CARDINAL // Журнал Университета водных коммуникаций. 2009. Вып. 1. С. 153–162Klevanny K.A., Smirnova E.V. Using the CARDINAL software package. Journal of the University of Water Communications. 2009, 1, 153–162 (in Russian).Egbert G.D., Erofeeva S.Y. Efficient inverse modeling of barotropic ocean tides // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2002. Vol. 19, N 2. P. 183–204. doi: 10.1175/1520-0426(2002)019<0183:EIMOBO>2.0.CO;2Egbert G.D., Erofeeva S.Y. Efficient inverse modeling of barotropic ocean tides // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2002. Vol. 19, N 2. P. 183–204. doi: 10.1175/1520-0426(2002)019<0183:EIMOBO>2.0.CO;2Magald M.G., Haine T.W.N. Hydrostatic and non-hydrostatic simulations of dense waters cascading of a shelf. The East Greenland case // Deep Sea Research. I: Oceanographic Research Papers. 2015. Vol. 96. P. 89–104. doi: 10.1016/j.dsr.2014.10.008Magald M.G., Haine T.W.N. Hydrostatic and non-hydrostatic simulations of dense waters cascading of a shelf. The East Greenland case // Deep Sea Research. I: Oceanographic Research Papers. 2015. Vol. 96. P. 89–104. doi: 10.1016/j.dsr.2014.10.008

The authors declare that there are no conflicts of interest present.