Мезомасштабные вихри Лофотенской котловины по спутниковым данным

Перевод Е. С. Кочеткова, 2019

Изучаются мезомасштабные вихри Лофотенской котловины Норвежского моря. Алгоритм автоматической идентификации и трекинга вихрей применяется к спутниковым альтиметрическим данным. За период 1993– 2017 гг. в Лофотенской котловине выявлено 166 000 циклонических и 169 395 антициклонических случаев проявления мезомасштабных вихрей, к которым в дальнейшем была применена процедура связывания в треки. Дальнейший анализ производился по трекам долгоживущих (время жизни более 35 сут) вихрей: 120 циклонических и 210 антициклонических вихрей. Анализировалось пространственное распределение мезомасштабных вихрей в Лофотенской котловине, выделены очаги их генерации и диссипации, проведен статистический анализ их характеристик. Показано, что в Лофотенской котловине существуют различные районы проявления мезомасштабных вихрей, которые могут отражать разный механизм их образования: отрыв от Норвежского течения при его меандрировании и генерация вихрей непосредственно в Лофотенской котловине. Во фронтальной зоне Норвежского течения существуют три выраженные области формирования вихрей, откуда они смещаются на запад и северо-запад, формируя три основных траектории. Показано, что вблизи Лофотенского вихря доминируют антициклонические вихревые образования. Однако циклонические вихревые структуры вблизи Лофотенского вихря также встречаются в достаточном количестве и локализуются в окрестности двух точек с центрами 69.5° с.ш., 4° в.д. и 70° с.ш., 2.5° в.д. Эти циклонические вихри, как правило, являются долгоживущими и находятся в области с циклонической завихренностью, окружая Лофотенский вихрь (shielded vortex). Мезомасштабные вихри, приходящие в зону Лофотенского вихря извне, образуются преимущественно в области Норвежского течения и перемещаются, как правило, в циклоническом направлении. Применив алгоритм автоматической идентификации и трекинга вихрей, мы показали, что антициклонические мезомасштабные вихри в Лофотенской котловине образуются в большинстве своем во фронтальной зоне Норвежского течения, диссипируя не очень далеко от места своего образования, в то время как циклонические вихри могут образоваться в разных местах акватории Лофотенской котловины. В западной части котловины вихрей значительно меньше, чем в других ее частях.

1. Rossby T., Ozhigin V., Ivshin V., Bacon S. An isopyncal view of the Nordic seas hydrography with focus on properties of the Lofoten Basin // Deep-Sea Res. I. 2009. 56. P. 1955–1971.

2. Richards C.G., Straneo F. Observations of Water Mass Transformation and Eddies in the Lofoten Basin of the Nordic Seas // J. Phys. Oceanogr. 2015. 45. P. 1735–1756. https://doi.org/10.1175/JPO-D-14-0238.1

3. 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. C. 146–168.

4. 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 Res. I, 2017. 128. P. 1–27. http://dx.doi.org/10.1016/j. dsr.2017.08.001

5. Федоров А.М., Башмачников И.Л., Белоненко Т.В. Зимняя конвекция в Лофотенской котловине по данным буев ARGO и гидродинамического моделирования // Вестник СПбГУ. Науки о Земле. 2019. 64 (3), 491—511. https:// doi.org/10.21638/spbu07.2019.308

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

7. 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. 105. P. 142–157. https://doi.org/10.1016/j.dsr.2015.09.001

8. Isachsen P.E. Baroclinic instability and the mesoscale eddy field around the Lofoten Basin // J. Geophys. Res. 2015. 120(4). P. 2884–2903.

9. Белоненко Т.В., Волков Д.Л., Норден Ю.Е., Ожигин В.К. Циркуляция вод в Лофотенской котловине Норвежского моря // Вестник СПбГУ. 2014. 7 (2). C. 108–121.

10. 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 // Geophys. Res. Lett. 2013. 40, 4. P. 738–743. doi:10.1002/grl.50126

11. Chelton D.B., Gaube P., Schlax M.G., Early J.J., Samelson R.M. The influence of nonlinear mesoscale eddies on near-surface oceanic chlorophyll // Science. 2011. V. 334, N 6054. P. 328–332.

12. Монин А.С., Жихарев Г.М. Океанские вихри // Успехи физических наук. 1990. Т. 160, Вып. 5. С. 1–47.

13. Петкилёв П.С. Обзор алгоритмов обнаружения и трекинга мезомасштабных вихрей // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14, № 3. С. 129–149.

14. Nencioli F., Dong C., Dickey T., Washburn L., McWilliams J.C. A Vector Geometry-Based Eddy Detection Algorithm and Its Application to a High-Resolution Numerical Model Product and High-Frequency Radar Surface Velocities in the Southern California Bight // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2010. 27. P. 564–579.

15. Faghmous J.H., Frenger I., Yao Y., Warmka R., Lindell A., Kumar V. A daily global mesoscale ocean eddy dataset from satellite altimetry // Sci. Data. 2015. N 2. P. 150028. DOI:10.1038/sdata.2015.28

16. Chelton D.B., DeSzoeke R.A., Schlax M.G. Geographical variability of the first baroclinic Rossby radius of deformation // Journal of Physical Oceanography. 1998. V. 28, N 3. P. 433–460.

17. Carton X.J. On the Merger of Shielded Vortices // EPL (Europhysics Letters). 1992. 18(8). DOI: https://doi.org/10.1209/0295- 5075/18/8/006

18. Tóth G., Házi G. Merging of shielded Gaussian vortices and formation of a tripole at low Reynolds numbers // PHYSICS OF FLUIDS. 2010. 22, 053101. DOI:10.1063/1.3428539

19. Raj R.P., Johannessen J.A., Eldevik T., Nilsen J.E.Ø., Halo I. Quantifying mesoscale eddies in the Lofoten Basin // J. Geophys. Res. Oceans. 2016. N 121. P. 4503–4521. DOI:10.1002/2016JC011637

20. Raj R.P., Chafik L., Nilsen J.E.Ø, Eldevik T., Halo I. The Lofoten Vortex of the Nordic Seas, in: Deep-Sea Res. // 2015. 196. P. 1–14.

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 Res. I. 2017. 128. P. 1–27. http://dx.doi.org/10.1016/j. dsr.2017.08.001