hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Scienceshydrophysics-877Research ArticleГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ И БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И ПРОЦЕССЫHYDROPHYSICAL AND BIOGEOCHEMICAL FIELDS AND PROCESSESСравнение пространственных распределений диссипации бароклинной приливной энергии и коэффициента диапикнической диффузии в Баренцевом и Карском морях в целях изучения приливных изменений региональных климатов морских системA comparison of the spatial distributions of baroclinic tidal energy dissipation and diapycnal diffusivity in the Barents and Kara Seas in an effort to estimate tidal changes in regional climates of marine systemsКаганБ. А.KaganB. А.СофьинаЕ. В.SofinaE. V.ТимофеевА. А.TimofeevA. A.Санкт-Петербургский филиал Института океанологии им. П. П. Ширшова РАНRussian FederationСанкт-Петербургский филиал Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН; Российский государственный гидрометеорологический университетRussian Federation201720112022102512Copyright © Каган Б.А., Софьина Е.В., Тимофеев А.А., 20222022Каган Б.А., Софьина Е.В., Тимофеев А.А.Kagan B.А., Sofina E.V., Timofeev A.A.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/877

Решение уравнений трехмерной конечно-элементной гидростатической модели QUODDY-4 показывает, что поля средней (за приливный цикл) интегральной по глубине диссипации бароклинной приливной энергии и среднего по глубине коэффициента диапикнической диффузии отличаются в Баренцевом и Карском морях как качественно, так и количественно. Действительно, если в Баренцевом море интегральная диссипация бароклинной приливной энергии максимальна в южных районах и минимальна к западу от о-вов Новая Земля, то в Карском море максимальные значения диссипации приходятся на Центральное плато, а также на Байдарацкую, Обскую и Гыданскую губы и Енисейский залив, а минимальные — на дискретные пятна, разбросанные нерегулярным образом в основном в северо-восточной части моря. Поля среднего по глубине коэффициента диапикнической диффузии в Баренцевом и Карском морях в общем напоминают пространственное распределение диссипации, причем его значения в Карском море меньше, нежели в Баренцевом, почти на порядок величины. Это объясняется не столько ослаблением диссипации в Карском море, сколько усилением в нем стратификации. В среднем по площади моря его значения равны 5.0×10−4 м2/c в Баренцевом море и 0.1×10−4 м2/c во внеустьевой части Карского. Используя теперь приближение «слабого взаимодействия» и сравнивая коэффициент диапикнической диффузии с коэффициентом вертикальной турбулентной диффузии, найденным без учета приливного форсинга, убеждаемся, что влияние диапикнической диффузии должно заметно сказываться на климате Баренцева моря и практически не ощущаться в Карском.

A solution of equations of the 3D finite-element hydrostatic model QUODDY-4 shows that the fields of the averaged (over a tidal cycle) depth-integrated baroclinic tidal energy dissipation and the depth-averaged diapycnal diffusivity will differ in the Barents and Kara Seas both qualitatively and quantitatively. So, if in the Barents Sea the above distributions are a maximum in the southern regions and a minimum to the west from the Novaya Zemlya islands, then in the Kara Sea maximum values fall on the Central plato and also on Baydaratskii, Obskii, Gydanskii and Eniseyskii bays, whereas minimum values are detected in discrete spots, scattered basically in the north-eastern part of the sea only. The fields of the diapycnal diffusivity in these seas bear a general resemblance to those for dissipation, their values in the Kara Sea being an order of magnitude less than in the Barents Sea. This fact is explained by an increase in the buoyancy frequency squared in the Kara Sea as compared with the Barents Sea. Then, allowing for the approximation of «weak interaction» and comparing values of vertical eddy diffusivities, found without considering tidal forcing, and the diapycnal diffusivities, we ensure that the influence of tidally induced diapycnal diffusion must affect the climate of the Barents Sea and must not be essentially pronounced in the near-estuary regions of the Kara Sea.

климат морских системдиссипация бароклинной приливной энергиикоэффициент диапикнической диффузиимодель QUODDY-4Баренцево и Карское моряmarine system climatesbaroclinic tidal energy dissipationdiapycnal diffusivitymodel QUODDY-4Barents and Kara SeasРабота выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант 17-05-00263а).Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант 17-05-00263а).ReferencesKagan B. A., Sofina E. V. Surface and internal semidiurnal tides and tidally induced diapycnal diffusion in the Barents Sea: a numerical study // Cont. Shelf Res. 2014. V. 91. P. 158—170. doi: 10.1016/j.csr.2014.09.010.Kagan B. A., Sofina E. V. Surface and internal semidiurnal tides and tidally induced diapycnal diffusion in the Barents Sea: a numerical study. Cont. Shelf Res. 2014, 91, 158—170. doi: 10.1016/j.csr.2014.09.010.Каган Б. А., Тимофеев А. А. Моделирование поверхностного и внутреннего полусуточных приливов в Карском море // Изв. РАН: Физика атмосферы и океана. 2017. T. 53, № 2. C. 265–275. doi: 10.7868/S0002351517020055.Kagan B. A., Timofeev A. A. Modeling of the surface and internal semidiurnal tides in the Kara Sea. Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2017, 53, 2. doi: 10.7868/S0002351517020055.Gjevik B., Straume T. Model simulation of the M2 and K1 tides in the Nordic Seas and the Arctic Ocean // Tellus. 1989. V. 41A, № 7. P. 73—96.Gjevik B., Straume T. Model simulation of the M2 and K1 tides in the Nordic Seas and the Arctic Ocean. Tellus. 1989, 41A, 7, 73—96.Ip J.T.C., Lynch D. R. QUODDY-3 User’s Manual: Comprehensive coastal circulation simulation using finite elements. Nonlinear prognostic time-stepping model. Thayler School of Engineering. Dartmouth College. Report Number NML 95-1. Hanover. New Hampshire, 1995. 45 p.Ip J.T.C., Lynch D. R. QUODDY-3 User’s Manual: Comprehensive coastal circulation simulation using finite elements. Nonlinear prognostic time-stepping model. Thayler School of Engineering. Dartmouth College. Report Number NML 95-1. Hanover, New Hampshire, 1995. 45 p.Lynch D. R., Gray W. G. A wave equation model for finite element tidal computations // Computers and Fluids. 1979. V. 7, № 3. P. 207—228.Lynch D. R., Gray W. G. A wave equation model for finite element tidal computations. Computers and Fluids. 1979, 7, 3, 207—228.Padman L., Erofeeva S. A barotropic inverse tidal model for the Arctic Ocean // Geophys. Res. Let. 2004. V. 31, № 2. doi: 10.1029/2003GL019003.Padman L., Erofeeva S. A barotropic inverse tidal model for the Arctic Ocean. Geophys. Res. Let. 2004, 31, 2. doi: 10.1029/2003GL019003.Tanis E., Timokhov L. (eds.) Joint US-Russian Atlas of the Arctic Ocean, Oceanography Atlas for the Summer Period. Environmental Working Group, University of Colorado, Media Digital, 1998.Tanis E., Timokhov L. (eds.) Joint US-Russian Atlas of the Arctic Ocean, Oceanography Atlas for the Summer Period. Environmental Working Group, University of Colorado, Media Digital, 1998.Smagorinsky J. General circulation experiments with the primitive equations // Month. Weather Rev. 1963. V. 91, № 3. P. 99—164.Smagorinsky J. General circulation experiments with the primitive equations. Month. Weather Rev. 1963, 91, 3, 99—164.Mellor G. L., Yamada T. Development of a turbulence closure model for geophysical fluid problems // Rev. Geophys. Space Phys. 1982. V. 20, № 4. P. 854—875.Mellor G. L., Yamada T. Development of a turbulence closure model for geophysical fluid problems. Rev. Geophys. Space Phys. 1982, 20, 4, 854—875.Osborn T. R. Estimates of the local rate of vertical diffusion from dissipation measurements // J. Phys. Oceanogr. 1980. V. 10, № 1. P. 83—89.Osborn T. R. Estimates of the local rate of vertical diffusion from dissipation measurements. J. Phys. Oceanogr. 1980, 10, 1, 83—89.Oakey N. S. Determination of the Rate of Dissipation of Turbulent Energy from Simultaneous Temperature and Velocity Shear Microstructure Measurements // J. Phys. Oceanogr. 1982. V. 12, № 3. P. 256—271.Oakey N. S. Determination of the Rate of Dissipation of Turbulent Energy from Simultaneous Temperature and Velocity Shear Microstructure Measurements. J. Phys. Oceanogr. 1982, 12, 3, 256—271.Peters H., Bokhorst R. Microstructure Observations of Turbulent Mixing in a Partially Mixed Estuary. Part II: Salt Flux and Stress // J. Phys. Oceanogr. 2001. V. 31, № 4. P. 1105—1119.Peters H., Bokhorst R. Microstructure Observations of Turbulent Mixing in a Partially Mixed Estuary. Part II: Salt Flux and Stress. J. Phys. Oceanogr. 2001, 31, 4, 1105—1119.Заславский Г. М., Сагдеев Р. З. Введение в нелинейную физику. М.: Наука, 1988. 368 с.Zaslavsky G. M., Sagdeev R. Z. Introduction to nonlinear physics. М., Nauka, 1988. 368 p. (in Russian).Каган Б. А., Софьина Е. В. Способ учета приливных изменений региональных климатов водоемов на примере безледного Баренцева моря // Океанология. 2017. Т. 57, № 2. C. 275–283. doi: 10.7868/S0030157416060046.Kagan B. A., Sofina E. V. A Method to Account for Tidal Changes in Regional Climates of a Water Basin under Conditions of an Ice-Free Barents Sea. Oceanology. 2017, 57, 2. doi: 10.7868/S0030157416060046.

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