Variability of Fronts and Features of Mesoscale Water Dynamics in the White Sea
Abstract
This paper presents the study of intraseasonal, synoptic and mesoscale dynamics of major hydrological fronts in the White Sea based on the high-resolution satellite and shipboard observations performed during 2009—2014. The correlation between the frontal dynamics and the features of the submesoscale structures distribution (short-period internal waves and small eddies) is found. To study the spatiotemporal variability of surface manifestations of fronts, the MODIS images acquired from Terra and Aqua satellites with a spatial resolution of about 1 km were analyzed. Analysis of the sea surface temperature and its gradient data obtained during the 2010 summer season revealed the features of the dynamics of plume, tidal and shelf-break fronts on synoptic timescales, as well as detected the areas of mesoscale frontal activity. Contact measurements of the thermohaline structure taken in the frontal areas in 2009, 2012, 2014 showed the relative importance of vertical and horizontal variations of the thermohaline structure under the influence of tide and wind. Surface manifestations of submesoscale structures were found as a result of the White Sea (the 2010 warm period) satellite radar images processing and analyzing. Among them there were 117 eddies of 1 to 12 km in diameter, as well as 190 packages of short-period internal waves, with the package width of 0.1 to12 km and leading wave`s crest length 2 to 89 km. The areas where the submesoscale structures were observed cover a large space of the sea, but more than half of structures were registered in/near the frontal zones. The factors that determine the features of spatial and seasonal distribution of small eddies and short-period internal waves in the areas of frontal activity are discussed.
About the Authors
D. A. Romanenkov
Saint-Petersburg Department of the P. P. Shirshov Institute of Oceanology of RAS
Russian Federation
Russian Federation
St.-Petersburg
A. V. Zimin
Saint-Petersburg Department of the P. P. Shirshov Institute of Oceanology of RAS; Russian State Hydrometeorological University
Russian Federation
Russian Federation
St.-Petersburg
A. A. Rodionov
Saint-Petersburg Department of the P. P. Shirshov Institute of Oceanology of RAS
Russian Federation
Russian Federation
St.-Petersburg
O. A. Atazhanova
Saint-Petersburg Department of the P. P. Shirshov Institute of Oceanology of RAS; Russian State Hydrometeorological University
Russian Federation
Russian Federation
St.-Petersburg
I. E. Kozlov
Russian State Hydrometeorological University; Klaipėda University
Russian Federation
Russian Federation
St.-Petersburg
Klaipėda
References
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.
Review
For citations:
Romanenkov D.A., Zimin A.V., Rodionov A.A., Atazhanova O.A., Kozlov I.E. Variability of Fronts and Features of Mesoscale Water Dynamics in the White Sea. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2016;9(1):59-72. (In Russ.)
Views:
100
Email this article 