Изопикническая адвекция в Лофотенской котловине Норвежского моря

Лофотенская котловина, расположенная в Норвежском море, является мощным накопителем атлантических вод. Заглубление атлантических вод в котловине определяет не только структуру ее водных масс, но и особенности процессов взаимодействия океан-атмосфера. В работе исследуются изопикническая адвекция и диапикническое перемешивание в Лофотенской котловине. По данным океанического реанализа GLORYS12V1 построены и проанализированы четыре изостерические δ-поверхности, в частности, глубина их залегания. Установлено, что изостерические поверхности в Лофотенской котловине имеют наклон в направлении с запада на восток с максимальными глубинами в центре котловины, где расположен квазипостоянный Лофотенский вихрь. Рассмотрено распределение температуры на изопикнических поверхностях. Проанализирована межгодовая и сезонная изменчивость их глубины залегания.
Показано, что максимум глубины изостерических поверхностей поверхности наблюдается в 2010 г., который отмечается как год аномально больших глубин верхнего квазиоднородного слоя Лофотенской котловины, подтвержденных измерениями буев ARGO. Максимумы в 2000, 2010, 2013 и 2016 гг. соответствуют годам глубокой конвекции.
Выявлено, что максимальная глубина на изостерических поверхностях достигается летом. Области с наибольшими глубинами летом также имеют максимальную площадь, а зимой минимальны. Это означает, с одной стороны, определенную инерцию изменения термохалинных характеристик атлантических водных масс, а с другой — сдвиг на 1–2 сезона влияния глубокой конвекции на изостерические поверхности.
Показано, что изопикническая адвекция в Лофотенской котловине дает значительный вклад в ее роль как основного теплового резервуара субарктических морей.

1. Blindheim J., Østerhus S. The Nordic Seas, Main Oceanographic Features // Geophysical Monograph Series. 2013. P. 11–37. doi: 10.1029/158GM03

2. Andersson M., Orvik K.A., LaCasce J.H., Koszalka I., Mauritzen C. Variability of the Norwegian Atlantic Current and associated eddy field from surface drifters // Journal of Geophysical Research. 2011. V. 116(C8). doi: 10.1029/2011jc007078

3. Poulain P.M., Warn-Varnas A., Niiler P.P. Near-surface circulation of the Nordic seas as measured by Lagrangian drifters // Journal of Geophysical Research. 1996. V. 101. P. 18237–18258. doi: https://doi.org/10.1029/96JC00506

4. Orvik K.A. The deepening of the Atlantic water in the Lofoten Basin of the Norwegian Sea, demonstrated by using an active reduced gravity model // Geophysical Research Letters. 2004. V. 31, L01306. doi: 10.1029/2003GL018687

5. Gascard J.-C., Mork K.A. Climatic importance of large-scale and mesoscale circulation in the Lofonten Basin deduced from Lagrangian observations // Arctic-Subarctic Ocean Fluxes. Defining the Role of the Northern Seas in Climate / Ed. by Dickson R.R., Meincke J., Rhines P. Springer Science. 2008. P. 131–144.

6. Dugstad J., Fer I., LaCasce J., Sanchez de La Lama M., Trodahl M. Lateral heat transport in the Lofoten Basin: Near-surface pathways and subsurface exchange // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2019. V. 124. P. 2992–3006. doi: 10.1029/2018JC014774

7. Belonenko T., Zinchenko V., Gordeeva S., Raj R.P. Evaluation of Heat and Salt Transports by Mesoscale Eddies in the Lofoten Basin // Russian Journal of Earth Sciences. 2020. doi: https://doi.org/10.1016/j.asr.2020.05.043

8. Volkov D.L., Belonenko T.V., Foux V.R. Puzzling over the dynamics of the Lofoten Basin — a sub-Arctic hot spot of ocean variability // Geophysical Research Letters. 2013. V. 40, N 4. P. 738–743. doi: 10.1002/grl.50126

9. Volkov D.L., Kubryakov A.A., Lumpkin R. Formation and variability of the Lofoten basin vortex in a high-resolution ocean model // Deep-Sea Res. I. 2015. V. 105. P. 142–157. doi: 10.1016/j.dsr.2015.09.001

10. Isachsen P.E. Baroclinic instability and the mesoscale eddy field around the Lofoten Basin // Journal of Geophysical Research. 2015. V. 120, N 4. P. 2884–2903. doi: https://doi.org/10.1002/2014JC010448

11. Зинченко В.А., Гордеева С.М., Собко Ю.В., Белоненко Т.В. Мезомасштабные вихри Лофотенской котловины по спутниковым данным // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2019. Т. 12, № 3. С. 46–54. doi: 10.7868/S2073667319030067

12. Gordeeva S., Zinchenko V., Koldunov A., Raj R.P., Belonenko T. Statistical analysis of long-lived mesoscale eddies in the Lofoten Basin from satellite altimetry // Advanced in Space Research. 2020. doi: https://doi.org/10.1016/j.asr.2019.09.029

13. Rossby T., Prater M.D., Soiland H. Pathways of inflow and dispersion of warm waters in the Nordic seas // Journal of Geophysical Research. 2009. V. 114, C04011. doi: 10.1029/2008JC005073

14. Søiland H., Chafik L., Rossby T. On the longterm stability of the Lofoten Basin Eddy // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2016. V. 121. P. 4438–4449. doi: 10.1002/2016JC011726

15. Alexeev V.A., Ivanov V.V., Repina I.A., Lavrova O. Yu., Stanichny S.V. Convective structures in the Lofoten Basin based on satellite and Argo data // Izv. Atmos. Ocean. Phys. 2016. V. 52, N 9. P. 1064–1077. doi: https://doi.org/10.1134/S0001433816090036

16. Федоров А.М., Башмачников И.Л., Белоненко Т.В. Зимняя конвекция в Лофотенской котловине по данным буев ARGO и гидродинамического моделирования // Вестник Санкт-Петербургского университета. Науки о Земле. 2019. Т. 64, № 3. С. 491–511. doi: 10.21638/spbu07.2019.308

17. Segtnan O.H., Furevik T., Jenkins A.D. Heat and freshwater budgets of the Nordic seas computed from atmospheric reanalysis and ocean observations // Journal of Geophysical Research. 2011. V. 116(C11). doi: 10.1029/2011jc006939

18. Белоненко Т.В., Волков Д.Л., Норден Ю.Е., Ожигин В.К. Циркуляция вод в Лофотенской котловине Норвежского моря // Вестник Санкт-Петербургского университета. Науки о Земле. 2014. Сер. 7. № 2. С. 108–121.

19. Башмачников И.Л., Белоненко Т.В., Куйбин П.А. Приложение теории колоннообразных Q-вихрей с винтовой структурой к описанию динамических характеристики Лофотенского вихря Норвежского моря // Вестник Санкт-Петербургского университета. Науки о Земле. 2017. Т. 62, № 3. С. 221–236. doi: 10.21638/11701/spbu07.2017.301

20. Белоненко Т.В., Башмачников И.Л., Колдунов А.В., Куйбин П.А. О вертикальной компоненте скорости в Лофотенском вихре Норвежского моря // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2017. Т. 53, № 6. С. 728–737. doi: 10.7868/S0003351517060071

21. Bashmachnikov I.L., Sokolovskiy M.A., Belonenko T.V., Volkov D.L., Isachsen P.E., Carton X. On the vertical structure and stability of the Lofoten vortex in the Norwegian Sea // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2017. V. 128. P. 1–27. doi: 10.1016/j.dsr.2017.08.001

22. Bashmachnikov I., Belonenko T., Kuibin P., Volkov D., Foux V. Pattern of vertical velocity in the Lofoten vortex (the Norwegian Sea). Ocean Dynamics. 2018. V. 68, N 12. P. 1711–1725. doi: 10.1007/s10236–018–1213–1

23. Белоненко Т.В., Колдунов А.В., Сентябов Е.В., Карсаков А.Л. Термохалинная структура Лофотенского вихря Норвежского моря на основе экспедиционных исследований и по данным гидродинамического моделирования // Вестник Санкт-Петербургского университета. Науки о Земле. 2018. Т. 63, № 4. С. 502–519. doi: 10.21638/spbu07.2018.406

24. Rossby T., Ozhigin V., Ivshin V., Bacon S. An isopycnal view of the Nordic Seas hydrography with focus on properties of the Lofoten Basin // Deep-Sea Research I. 2009. V. 56, N 11. P. 1955–1971.

25. Søiland H., Rossby T. On the structure of the Lofoten Basin Eddy // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2013. V. 118. P. 4201–4212. doi: 10.1002/jgrc.20301

26. Yu L.S., Bosse A., Fer I., Orvik K.A., Bruvik E.M., Hessevik I., Kvalsund K. The Lofoten Basin eddy: Three years of evolution as observed by Seagliders // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2017. V. 122. P. 6814–6834. doi: 10.1002/2017JC012982

27. Fer I., Bosse A., Ferron B., Bouruet-Aubertot P. The Dissipation of Kinetic Energy in the Lofoten Basin Eddy // J. Phys. Oceanogr. 2018. V. 48. P. 1299–1316. doi: 10.1175/JPO-D-17–0244.1

28. Bosse A., Fer I. Hydrography of the Nordic Seas, 2000–2017: A merged product. 2018. doi: 10.21335/NMDC-1131411242

29. Raj R.P., Chafik L., Even J., Nilsen O., Eldevik T., Halo I. The Lofoten Vortex of the Nordic Seas // Deep-Sea Res. I. 2015. V. 96. P. 1–14.

30. Raj R.P., Johannessen J.A., Eldevik T., Nilsen J.E.Ø., Halo I. Quantifying mesoscale eddies in the Lofoten Basin // Journal of Geophysical Research. Oceans. 2016. V. 121. P. 4503–4521. doi: 10.1002/2016JC011637

31. Travkin V.S., Belonenko T.V. Seasonal variability of mesoscale eddies of the Lofoten Basin using satellite and model data // Russian Journal of Earth Sciences. 2019. V. 19, N 5, ES5004. doi: 10.2205/2019ES000676

32. Köhl A. Generation and Stability of a Quasi-Permanent Vortex in the Lofoten Basin // J. Phys. Oceanogr. 2007. V. 37. P. 2637–2651.

33. Блошкина Е.В., Иванов В.В. Конвективные структуры в Норвежском и Гренландском морях по результатам моделирования с высоким пространственным разрешением // Труды Гидрометеорологического научно-исследовательского центра Российской Федерации. 2016. № 361. С. 146–168.

34. Marshall J., Schott F. Open-ocean convection: Observations, theory, and models // Rev. Geophys. 1999. V. 37, N 1. P. 1–64. doi: 10.1029/98RG02739

35. IOC, SCOR and IAPSO. The international thermodynamic equation of seawater — 2010: Calculation and use of thermodynamic properties. Intergovernmental Oceanographic Commission, Manuals and Guides No. 56. UNESCO (English). 2010. 196 p.