hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.7868/S2073667321030023hydrophysics-14Research ArticleГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ И БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И ПРОЦЕССЫHYDROPHYSICAL AND BIOGEOCHEMICAL FIELDS AND PROCESSESМоделирование приливной динамики северных проливов Курильской грядыModeling the tidal dynamics of the northern straits of the Kuril RidgeРодионовА. А.RodionovA. A.

117997, Нахимовский пр., д. 36, г. Москва

199034, Университетская наб., д. 5, г. Санкт-Петербург

117997, Nahimovsky Pr., 36, Moscow

199034, Universitetskaya Nab., 5, St. Petersburg

АндросовА. А.AndrosovA. A.

117997, Нахимовский пр., д. 36, г. Москва

27570, Ам Ханделсшафен, 12, г. Бремерхафен

117997, Nahimovsky Pr., 36, Moscow

Am Handelshafen 12, 27570 Bremerhaven

alexey.androsov@awi.deФофоноваВ. В.FofonovaV. V.

27570, Ам Ханделсшафен, 12, г. Бремерхафен

Am Handelshafen 12, 27570 Bremerhaven

КузнецовИ. С.KuznetsovI. S.

27570, Ам Ханделсшафен, 12, г. Бремерхафен

Am Handelshafen 12, 27570 Bremerhaven

ВольцингерН. Е.VoltzingerN. E.

117997, Нахимовский пр., д. 36, г. Москва

117997, Nahimovsky Pr., 36, Moscow

Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН; Санкт-Петербургский научный центр РАНРоссияShirshov Institute of Oceanology, RAS; St. Petersburg Research Center, RASRussian FederationИнститут океанологии им. П.П. Ширшова РАН; Институт полярных и морских исследований им. Альфреда ВегенераРоссияShirshov Institute of Oceanology, RAS; Alfred Wegener Institute Helmholtz Center for Polar and Marine ResearchRussian FederationИнститут полярных и морских исследований им. Альфреда ВегенераГерманияAlfred Wegener Institute Helmholtz Center for Polar and Marine ResearchGermanyИнститут океанологии им. П.П. Ширшова РАНРоссияShirshov Institute of Oceanology, RASRussian Federation2021281120211432034Copyright © Родионов А.А., Андросов А.А., Фофонова В.В., Кузнецов И.С., Вольцингер Н.Е., 20212021Родионов А.А., Андросов А.А., Фофонова В.В., Кузнецов И.С., Вольцингер Н.Е.Rodionov A.A., Androsov A.A., Fofonova V.V., Kuznetsov I.S., 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/14

Решается краевая задача для уравнений движения, неразрывности, конституентов плотности и характеристик турбулентности в 3D-области северных Курильских проливов с граничными условиями, определяемыми решением глобальной модели. Краевая задача реализуется методом конечных объемов на неструктурированной сетке в гидростатическом приближении. Детализированное моделирование приливной динамики Четвертого пролива выполняется в негидростатической постановке. Результаты представляют поля скоростей приливной волны М2 и суммарного прилива восьми гармоник M2, S2, N2, K2, K1, О1, P1, Q1 с синодическим периодом 29.5 суток и остаточную циркуляцию в регионе гряды. Дается сравнение хода вертикальной скорости в приливном цикле волны М2 для двух подобластей Четвертого пролива при решении краевой задачи в негидростатической постановке и в гидростатическом приближении. Приводится диаграмма Хоффмюллера хода динамических характеристик в синодическом месяце. На примере Четвертого пролива показано, что учет динамической компоненты давления необходим для корректного определения транспорта через Курильские проливы.

A boundary value problem is solved for the equations of motion, continuity, density constituents and turbulence characteristics in the 3D-domain of the northern Kuril Straits with boundary conditions determined by the solution of the global model. The boundary value problem is implemented by the finite volume method on an unstructured mesh in the hydrostatic approximation. Detailed tidal modelling of the Fourth Strait dynamics is performed in a non-hydrostatic approach. The results represent the velocity fields, residual circulation of the М2 tidal wave and the summary tide of eight harmonics M2, S2, N2, K2, K1, О1, P1, Q1 with a synodic period of 29.5 days. A comparison of the behaviour of the vertical velocity in the tidal cycle of the М2 wave for two subregions of the Fourth Strait when solving the boundary value problem in the Hs and the Nh approximation was performed. The Hoffmüller diagram of the dynamic characteristics in the synodic month is presented. It has been shown that taking into account the Nh approach, there is a significant change in the transfer of water masses through the Fourth Strait of the Kuril Ridge.

Курильские проливыкраевая задачаприливная динамикагидростатиканегидростатикаKuril Straitsboundary value problemtidal dynamicshydrostaticsnon-hydrostaticsРабота выполнена в рамках государственного задания по темам № 0128-2021-0014 (А.А. Андросов, Н.Е. Вольцингер) и № 075-00689-21-00 (А.А. Родионов).ReferencesБогданов 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, dynamic and hydrology-acoustical water characteristics peculiarities of the Kuril Straits area. Dalnayka, 2000. 152 p.Nakamura T., Awaji T., Hatayama T., Kazunori A. Tidal exchange through Kuril Straits // J. Phys. Oceanogr. 2000. V. 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. J. Phys. Ocean. 2000, 30, 1622—1642. 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 // J. Geophys. Res. 2004. V. 109, C09S07. P. 1—22. 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. J. Geophys. Res. 2004, 109, C09S07, 1—22. doi: 10.1029/2003JC001850Rabinovich A.B., Thomson R.E., Bograd S.J. Drifter observations of anticyclonic eddies near Bussol’ Strait, the Kuril Islands // J. Oceanogr. 2002. V. 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. J. Oceanogr. 2002, 58, 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 Res. II. 2010. V. 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 Res. II. 2010, 57, 1247—1256. doi: 10.1016/j.dsr2.2009.12.012Ohshima K.I., Fukamachi Y., Mutoh T. et al. A generation mechanism for mesoscale eddies in the Kuril Basin of the Okhotsk Sea: baroclinic instability caused by enhanced tidal mixing // J. Oceanogr. 2005. V. 61. P. 247—260. doi: 10.1007/s10872-005-0035-1Ohshima K.I., Fukamachi Y., Mutoh T. et al. A generation mechanism for mesoscale eddies in the Kuril Basin of the Okhotsk Sea: baroclinic instability caused by enhanced tidal mixing. J. Oceanogr. 2005, 61, 247—260. doi: 10.1007/s10872-005-0035-1Katsumata K., Yasuda I. Estimates of non-tidal exchange transport between the Sea of Okhotsk and the North Pacific // J. Oceanogr. 2010. V. 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. J. Oceanogr. 2010, 66, 489—504. doi: 10.1007/s10872-010-0041-9Yagi M., Yasuda I. Deep intense vertical mixing in the Bussol’ Strait // Geophys. Res. Lett. 2012. V. 39. L01602. doi: 10.1029/2011GL050349Yagi M., Yasuda I. Deep intense vertical mixing in the Bussol’ Strait. Geophys. Res. Lett. 2012, 39, L01602. doi: 10.1029/2011GL050349Nakamura 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 Oceanogr. 2014. V. 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 Oceanogr. 2014, 126, 135—145. doi: 10.1016/j.pocean.2014.05.007Kida S., Qiu B. An exchange flow between the Okhotsk Sea and the North Pacific driven by the East Kamchatka Current // J. Geophys. Res.: Oceans. 2013. V. 118(12). P. 6747—6758. doi: 10.1002/2013JC009464Kida S., Qiu B. An exchange flow between the Okhotsk Sea and the North Pacific driven by the East Kamchatka Current. J. Geophys. Res.: Oceans. 2013, 118(12), 6747—6758. doi: 10.1002/2013JC009464Mensah V., Ohshima K.I., Nakanowatari T., Riser S. Seasonal changes of water mass, circulation and dynamic response in the Kuril Basin of the Sea of Okhotsk // Deep Sea Res. I: Oceanographic Research Papers. 2019. V. 144. P. 115—131. doi: 10.1016/j.dsr.2019.01.012Mensah V., Ohshima K.I., Nakanowatari T., Riser S. Seasonal changes of water mass, circulation and dynamic response in the Kuril Basin of the Sea of Okhotsk. Deep Sea Res. I: Oceanographic Research Papers. 2019, 144, 115—131. doi: 10.1016/j.dsr.2019.01.012Гидрометеорология и гидрохимия морей. Том 09. Охотское море. Выпуск 1. Гидрометеорологические условия. Справочник. СПб. : Гидрометеоиздат, 1998. 343 с.Hydrometeorology and hydrochemistry of the seas. Volume 09. Sea of Okhotsk. Issue 1. Hydrometeorological conditions. Handbook. SPb., Gidrometeoizdat, 1998, 343 p.Xing J., Davies A.M. On the importance of non-hydrostatic processes in determining tidally induced mixing in sill regions // Cont. Shelf Res. 2007. V. 27(16). P. 2162—2185. doi: 10.1016/j.csr.2007.05.012Xing J., Davies A.M. On the importance of non-hydrostatic processes in determining tidally induced mixing in sill regions. Cont. Shelf Res. 2007, 27(16), 2162—2185. doi: 10.1016/j.csr.2007.05.012Вольцингер Н.Е., Андросов А.А. Негидростатическая динамика проливов Мирового океана // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2016. Т. 9, № 1. С. 26—40.Voltzinger N.E., Androsov A.A. Nonhydrostatic Dynamics of Straits of the World Ocean. Fundamentalnaya i Prikladnaya Gidrofizika. 2016, 9(1), 26—40.Elvius T., Sundström A. Computationally efficient schemes and boundary conditions for a fine-mesh barotropic model based on the shallow-water equations // Tellus. 1973. V. 15. P. 132—156.Elvius T., Sundström A. Computationally efficient schemes and boundary conditions for a fine-mesh barotropic model based on the shallow-water equations. Tellus. 1973, 15, 132—156.Вольцингер Н.Е. Длинные волны на мелкой воде. Л. : Гидрометеоиздат, 1985. 160 с.Voltzinger N.E. Long waves in shallow water. L., Gidrometeoizdat, 1985. 160 p.Вольцингер Н.Е., Андросов А.А. Экстремальная негидростатическая приливная динамика // Вычислительные технологии. 2019. Т. 24, № 2. С. 37—51. doi: 10.25743/ICT.2019.24.2.004Voltzinger N.E., Androsov A.A. Extreme nonhydrostatic tidal dynamics. Computational Technologies. 2019, 24, 2, 37—51. doi: 10.25743/ICT.2019.24.2.004Wang Q., Danilov S., Sidorenko D., Timmermann R., Wekerle C., Wang X., Jung T., Schröter J. The Finite Element Sea Ice-Ocean Model (FESOM) v.1.4: formulation of an ocean general circulation model // Geosci. Model Dev. 2014. V. 7. P. 663—693. doi: 10.5194/gmd-7-663-2014Wang Q., Danilov S., Sidorenko D., Timmermann R., Wekerle C., Wang X., Jung T., Schröter J. The Finite Element Sea Ice-Ocean Model (FESOM) v.1.4: formulation of an ocean general circulation model. Geosci. Model Dev. 2014, 7, 663—693. doi: 10.5194/gmd-7-663-2014Androsov A., Fofonova V., Kuznetsov I., Danilov S., Rakowsky N., Harig S., Brix H., Wiltshire K.H. FESOM-C v.2: coastal dynamics on hybrid unstructured meshes // Geosci. Model Dev. 2019. V. 12. P. 1009—1028. doi: 10.5194/gmd-12-1009-2019Androsov A., Fofonova V., Kuznetsov I., Danilov S., Rakowsky N., Harig S., Brix H., Wiltshire K.H. FESOM-C v.2: coastal dynamics on hybrid unstructured meshes. Geosci. Model Dev. 2019, 12, 1009—1028. doi: 10.5194/gmd-12-1009-2019Вольцингер 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., Klevannyy K.A., Safrai A.S. Oceanological models of non hydrostatic dynamics: a review. Fundamentalnaya i Prikladnaya Gidrofizika. 2018, 11, 1, 3—20. doi: 10.7868/S207366731801001XAndrosov A., Voltzinger N., Kuznetsov I., Fofonova V. Modeling of nonhydrostatic dynamics and hydrology of the Lombok Strait // Water. 2020. 12(11). 3092. doi: 10.3390/w12113092Androsov A., Voltzinger N., Kuznetsov I., Fofonova V. Modeling of nonhydrostatic dynamics and hydrology of the Lombok Strait. Water. 2020, 12(11), 3092. doi: 10.3390/w12113092Egbert G.D., Bennett A.F., Foreman M.G. TOPEX/POSEIDON tides estimated using a global inverse model // J. Geophys. Res. 1994. 99(C12). P. 24821—24852. doi: 10.1029/94JC01894Egbert G.D., Bennett A.F., Foreman M.G. TOPEX/POSEIDON tides estimated using a global inverse model. J. Geophys. Res. 1994, 99(C12), 24821—24852. doi: 10.1029/94JC01894Egbert G.D., Erofeeva S.Y. Efficient inverse modeling of barotropic ocean tides // J. Atmos. Ocean Technol. 2002. V. 19. 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. J. Atmos. Ocean Technol. 2002, 19, 183—204. doi: 10.1175/1520-0426(2002)019<0183:EIMOBO>2.0.CO;2GEBCO Bathymetric Compilation Group 2019. The GEBCO_2019 Grid–a continuous terrain model of the global oceans and land. British Oceanographic Data Centre, National Oceanography Centre, NERC, UK, 2019. doi: 10/c33mGEBCO Bathymetric Compilation Group 2019. The GEBCO_2019 Grid – a continuous terrain model of the global oceans and land. British Oceanographic Data Centre, National Oceanography Centre, NERC, UK. 2019. doi: 10/c33mAndrosov A., Boebel O., Schröter J., Danilov S., Macrander A., Ivanciu I. Ocean bottom pressure variability: can it be reliably modeled? // J. Geophys. Res.: Oceans. 2020. V. 125, e2019JC015469. doi: 10.1029/2019JC015469Androsov A., Boebel O., Schröter J., Danilov S., Macrander A., Ivanciu I. Ocean bottom pressure variability: can it be reliably modeled? J. Geophys. Res.: Oceans. 2020, 125, e2019JC015469. doi: 10.1029/2019JC015469Androsov A.A., Klevanny K.A., Salusti E.S., Voltzinger N.E. Open boundary conditions for horizontal 2-D curvilinear-grid long-wave dynamics of a strait // Adv. Water Resour. 1995. V. 18. P. 267—276. doi: 10.1016/0309-1708(95)00017-DAndrosov A.A., Klevanny K.A., Salusti E.S., Voltzinger N.E. Open boundary conditions for horizontal 2-D curvilineargrid long-wave dynamics of a strait. Adv. Water Resour. 1995, 18, 267—276. doi: 10.1016/0309-1708(95)00017-D

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