Изменчивость фронтальных разделов и особенности мезомасштабной динамики вод Белого моря

На основе высокоразрешающих спутниковых и контактных наблюдений 2009—2014 гг. выполнены исследования внутрисезонной, синоптической и мезомасштабной динамики основных гидрологических фронтов в Белом море. Установлена связь фронтальной динамики с особенностями распределения субмезомасштабных структур (короткопериодных внутренних волн и малых вихрей). Для изучения пространственно-временной изменчивости поверхностных проявлений фронтальных разделов применялись ИК-изображения MODIS со спутников Terra и Aqua с разрешением по пространству около 1 км. Анализ данных о температуре поверхности моря и её градиентов за летний сезон 2010 г. позволил выявить отличительные особенности динамики стоковых и шельфовоприливных фронтов на синоптических временных масштабах, а также районы повышенной мезомасштабной активности фронтальных образований. Контактные измерения термохалинной структуры, выполненные в районах фронтов в разные годы (2009, 2012, 2014 гг.), показали относительную значимость вертикальных и горизонтальных вариаций термохалинной структуры под действием прилива и ветра. В результате обработки и анализа радиолокационных изображений поверхности акватории Белого моря в теплый период 2010 г. были обнаружены поверхностные проявления 117 вихрей размером от 1 до 12 км, а также поверхностные проявления 190 пакетов короткопериодных внутренних волн с шириной пакета от 0.1 до 12 км и линейным размером гребня лидирующей в пакете волны от 2 до 89 км. Районы, где эти структуры наблюдались, охватывают значительную площадь моря, но в более половины случаев они регистрировались во фронтальных зонах или вблизи них. Обсуждаются факторы, которые определяют особенности пространственного и сезонного распределения малых вихрей и короткопериодных внутренних волн в областях активной фронтальной динамики.

1. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т. 2. Белое море. Вып. 1. Гидрометеорологические условия / Под ред. Б. Х. Глуховского. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 240 с.

2. Федоров К. Н. Физическая природа и структура океанических фронтов. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 296 с.

3. Пантюлин А. Н. Структура и динамика водного тела Белого моря. Динамика, структура и водные массы / Система Белого моря. Том II. Водная толща и взаимодействующая с ней атмосфера, криосфера, речной сток и биосфера. М.: Научный мир, 2012. С. 309—379.

4. Simpson J. H., Crisp D. J., Hearn C. The Shelf Sea Fronts: Implication of Their Existence and Behaviourм // Philos. Trans. R. Soc. A. 1981. V. 302, N. 1472. P. 531—546.

5. Жабин И. А., Дубина В. А. Структура фронта приливного перемешивания в районе Шантарских островов (Охотское море) по данным спутниковых наблюдений // Исследование Земли из космоса. 2012. Вып. 2. С. 83—89.

6. Филатов Н. Н., Тержевик А. Ю. Белое море и его водосбор под влиянием климатических и антропогенных факторов. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2007. 335 с.

7. Кравец А. Г. Приливы и их моделирование в Белом море / Проблемы Белого моря. Архангельск. 1981. С. 36—38.

8. Ионов В. В., Шилов И. О. Особенности распространения речных вод и динамики океанологических фронтов в Белом море по результатам спутниковых ИК-измерений и натурным наблюдениям в летний период // Вестник СПбГУ. Сер. 7. 1996. Вып. 2, № 14. С. 53—61.

9. Колдунов А. В., Кузьмина А. А., Фукс В. Р. Спутниковый мониторинг фронтальных зон Белого моря // Материалы X Международной конференции «Проблемы изучения, рационального использования и охраны природных ресурсов Белого моря» 18—20 сентября 2007 г., Архангельск, Россия. Архангельск: Изд-во СГМУ, 2007. С. 31—33.

10. Семенов Е. В., Лунева М. В. О совместном эффекте прилива, стратификации и вертикального турбулентного перемешивания на формирование гидрофизических полей в Белом море // Известия АН, Физика атмосферы и океана. 1999. Т. 35, № 5. С. 660—678.

11. White Sea: Its Marine environment and Ecosystem dynamics influenced by global change / Eds. N. Filatov, D. Pozdnyakov, O. Johannessen et al. London. Springer-Praxis, 2005. 472 p.

12. Родионов А. А., Романенков Д. А., Зимин А. В., Козлов И. Е., Шапрон Б. Субмезомасштабные структуры вод Белого моря и их динамика. Состояние и направления исследований // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2014. Т. 7, № 3. C. 29—41.

13. Pozdnyakov D., Korosov A., Pettersson L. H. Visible and infrared remote sensing of the White Sea Bio-Geo-Chemistry and Hydrology / Eds. V. Barale, M. Gade. Remote Sensing of the European Seas. 2008. P. 129—140.

14. Коросов А. А., Поздняков Д. В. Оценка состояния и тенденции изменения первичной продуктивности Белого моря по данным дистанционного зондирования за последние пять лет: методы и первые результаты // Материалы IX международной конференции «Проблемы изучения, рационального использования и охраны ресурсов Белого моря» 11—14 октября 2004 г., Петрозаводск, Карелия, Россия. Петрозаводск, 2005. С. 165—171.

15. Солянкин Е. В., Зозуля С. А., Кровнин А. С., Масленников В. В. Комплексные исследования экосистемы Белого моря. Термохалинная структура и динамика вод Белого моря летом 1991 г. / Под ред. В. В. Сапожникова. М.: ВНИРО, 1994. С. 8—25.

16. Долотов Ю. С., Филатов Н. Н., Шевченко В. П., Петров М. П., Здоровеннов Р. Э., Платонов А. В., Толстиков А. В., Филиппов А. С., Бушуев К. Л., Кутчева И. П., Денисенко Н. В., Штайн Р., Заукель К. Комплексные исследования в Онежском заливе Белого моря и эстуарии реки Онега в летний период // Океанология. 2008. Т. 48, № 2, С. 276—289.

17. Shapiro G. I., Latche L., Pantyulin A. N. Mixing processes in the Gorlo Strait of the White Sea // Oceanology. 2003. V. 43, Suppl. 1. P. 26—31.

18. Каган Б. А., Тимофеев А. А. Динамика и энергетика поверхностных и внутренних полусуточных приливов в Белом море // Известия Академии наук. Физика атмосферы и океана. 2005. Т. 41, № 4. С. 844—850.

19. Зимин А. В. Экспериментальные исследования изменчивости гидрофизических полей на шельфе Белого моря в районах с различной вертикальной структурой вод / Система Белого моря. Том II. Водная толща и взаимодействующие с ней атмосфера, криосфера, речной сток и биосфера. М.: Научный мир, 2012. С. 392—410.

20. Зимин А. В. Короткопериодная изменчивость гидрофизических полей и характеристик внутреннего волнения в течение полусуточного приливного цикла в шельфовых районах Белого моря // Океанология. 2013. Т. 53, № 3. С. 293—303.

21. Зимин А. В., Романенков Д. А., Родионов А. А., Жегулин Г. В., Родионов М. А. Экспедиционные исследования короткопериодной изменчивости гидрофизических полей Белого моря в августе 2013 г. // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2014. Т. 7, № 1. С. 85—92.

22. Зимин А. В., Козлов И. Е., Атаджанова О. А., Шапрон Б. Комплексный мониторинг короткопериодных внутренних волн в Белом море // Исследование Земли из космоса. 2015. № 5. С. 51—61.

23. Kozlov I., Romanenkov D., Zimin A., Chapron B. SAR observing large-scale nonlinear internal waves in the White Sea // Remote Sensing of Environment. 2014. V. 147. P. 99—107.

24. Зимин А. В., Романенков Д. А., Козлов И. Е., Шапрон Б., Родионов А. А., Атаджанова О. А., Мясоедов А. Г., Коллар Ф. Короткопериодные внутренние волны в Белом море: оперативный подспутниковый эксперимент летом 2012 г. // Исследование Земли из космоса. 2014. № 3. С. 41—55.

25. Атаджанова О. А., Зимин А. В., Козлов И. Е. Статистический анализ субмезомасштабных вихрей Белого моря по радиолокационным изображениям // Тр. XII Всероссийской конф. «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики». СПб.: Нестор-История, 2014. С. 215—217.

26. Зимин А. В., Родионов А. А., Жегулин Г. В. Короткопериодные внутренние волны на шельфе Белого моря: сравнительный анализ наблюдений в различных районах // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2013. Т. 6, № 3. С. 19—33.

27. Sharples J., Simpson J. H. The influence of the springs-neaps cycle on the position of shelf sea fronts. In: Buoyancy Effects on Coastal Dynamics / Eds. D. G. Aubrey, C. T. Friedrichs. Coastal and Estuarine Studies. 1996. V. 53. P. 71—82.

28. Dazzi R., Frassetto R., Mioni F., Tomasino M. The study of a river plume by means of numerical models and remote sensing // Rapp. et Proc. Verbe. Re un. Comis. Int. Explor. Sci. Mer. Mediterr., Monaco. 1979. V. 25—26, N. 7. P. 127—130.

29. Зимин А. В., Романенков Д. А., Атаджанова О. А., Родионов А. А., Моисеев А. В. Опыт разработки системы мониторинга короткопериодных процессов и субмезомасштабных структур в Белом море и результаты ее апробации летом 2014 года // Учёные записки РГГМУ. 2015. № 41. С. 116—125.

30. Munk W. H., Armi L., Fischer K., Zachariasen F. Spirals on the sea // Proc. R. Soc. London, Ser. A. 2000. V. 456. P. 1217—1280.

31. Eldevik T., Dysthe K. B. Spiral eddies // J. Phys. Oceanogr. 2002. V. 32, № 3. P. 851—869.

32. Thomas L. N., Tandon A., Mahadevan A. Submesoscale Processes and Dynamics, in Ocean Modeling in an Eddying Regime / Eds. M. W. Hecht and H. Hasumi. American Geophysical Union, Washington, D. C, 2008. P. 17—38.

33. Chen C., Xue P., Ding P., Beardsley R. C., Xu Q., Mao X., Gao G., Qi J., Li C., Lin H., Cowles G., Shi M. Physical mechanisms for the offshore detachment of the Changjiang Diluted Water in the East China Sea, J. Geophys. Res. 2008. 113, C02002.

34. Badin G., Williams R. G., Holt J. T., Fernand. Are mesoscale eddies in shelf seas formed by baroclinic instability of tidal fronts? // J. Geophys. Res. 2009. 114, C10021. P. 1—18.

35. Костяной А. Г., Гинзбург А. И., Шеремет Н. А., Лаврова О. Ю., Митягина М. И. Мелкомасштабные вихри Черного моря // Соврем. проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2010. Т. 7, № 1. С. 248—259.

36. Зацепин А. Г., Баранов В. И., Кондрашов А. А., Корж А. О., Кременецкий В. В., Островский А. Г., Соловьев Д. М. Субмезомасштабные вихри на Кавказском шельфе Черного моря и порождающие их механизмы // Океанология. 2011. Т. 51, № 4. С. 592—605.

37. Белов А. Б., Васильев А. С., Коновалов М. Л., Желяев Д. А. Термодинамические процессы в устьевых областях рек Онеги, Северной Двины и Мезени с Кулоем // Труды ГОИН. Вып. 208. СПб.: Гидрометеоиздат, 2002. С. 175—199.

38. Gurova E., Chubarenko B. Remote-sensing observations of coastal sub-mesoscale eddies in the south-eastern Baltic // Oceanologia. 2012. V. 54, № 4. P. 631—654.

39. Зацепин А. Г., Завьялов П. О., Кременецкий В. В., Поярков С. Г., Соловьев Д. М. Поверхностный опресненный слой в Карском море // Океанология. 2010. Т. 50, № 5. С. 698—708.

40. Schaeffer A., Molcard A., Forget P., Fraunie P., Garreau P. Generation mechanism of mesoscale eddy in the Gulf of Lions: radar observation and modeling // Ocean Dynamics. 2011. V. 61, Iss. 10. P. 1587—1609.

41. Hill A. E., James I. D., Linden P. F., Matthews J. P., Prandle D., Simpson J. H. Gmitrowicz E. M., Smeed D. A., Lwiza K.M.M., Durazo R., Fox A. D., Bowers D. G. Dynamics of tidal mixing fronts in the North Sea // Phil. Trans. R. Soc. Lond. Phys. Sci. Eng. 1993. V. 343, Iss. 1669. P. 431—446.

42. Лукашин В. Н., Кособокова К. Н., Шевченко В. П., Шапиро Г. И., Пантюлин А. Н., Перцова Н. М., Деев М. Г., Клювиткин А. А., Навигатский А. Н., Соловьев К. А., Прего Р., Лаше Л. Результаты комплексных океанографических исследований в Белом море в июне 2000 г. // Океанология. 2003. Т. 43, № 2. С. 237—253.

43. Козлов И. Е., Кудрявцев В. Н., Зубкова Е. В., Атаджанова О. А., Зимин А. В., Романенков Д. А., Шапрон Б., Мясоедов А. Г. Районы генерации нелинейных внутренних волн в Баренцевом, Карском и Белом морях по данным спутниковых РСА измерений // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11, № 4. С. 338—345.

44. Океанология. Физика океана. Т.1. Гидрофизика океана / Под ред. Каменковича В. М., Монина А. С. М.: Наука, 1978. 456 с.

45. Коняев К. В., Сабинин К. Д. Волны внутри океана. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. 272 с.

46. Сабинин К. Д., Назаров А. А., Сериков А. Н. О связи цугов короткопериодных внутренних волн с рельефом термоклина в океане // Изв. АН СССР.Физика атмосферы и океана. 1982. Т. 18, № 4. С. 416—425.

47. Лаврова О. Ю., Митягина М. И., Сабинин К. Д. Исследование особенностей генерации и распространения внутренних волн в бесприливных морях по данным спутниковой радиолокации // Доклады РАН. 2011. Т. 436, № 3. С. 407—411.

48. Лаврова О. Ю., Митягина М. И., Сабинин К. Д. Возможные механизмы генерации внутренних волн в северо-восточной части Черного моря // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. М.:«GRANP Polygraph», 2008. С. 128—136.

49. Лаврова О. Ю., Митягина М. И., Сабинин К. Д. Проявление внутренних волн на морской поверхности в северо-восточной части Черного моря // Исследование Земли из космоса. 2009. № 6. С. 49—55.