Об одной гипотезе образования крупномасштабных интрузий в Арктическом бассейне
Аннотация
Найдены некоторые аналитические решения задачи о трехмерной неустойчивости слабого геострофического течения с линейным сдвигом скорости с учетом вертикальной диффузии плавучести. Анализ основан на уравнении эволюции потенциального вихря в длинноволновом приближении: горизонтальный масштаб возмущений значительно превышает локальный радиус деформации Россби. Выдвигается гипотеза, что полученные решения могут быть полезны для описания устойчивых и неустойчивых возмущений планетарного масштаба применительно к полярным районам океана, в частности к Арктическому бассейну, где наблюдаются слабые бароклинные фронты, временная изменчивость которых может превышать несколько лет, и влияние бета-эффекта на динамику возмущений практически отсутствует. Неустойчивые (растущие со временем) решения применяются для описания образования крупномасштабных интрузий, которые наблюдаются в Арктическом бассейне. Двойная диффузия, которая является типичным и важным механизмом образования интрузий в океане, для построения решений учитывается с помощью простейшей параметризации в рамках модели. Проводится сравнение решений, полученных с учетом и без учета двойной диффузии, со структурными особенностями наблюдаемого в Евразийском бассейне крупномасштабного интрузионного расслоения. Устойчивые (затухающие со временем) решения описывают возмущения, которые в отличие от волн Россби могут двигаться не только на запад, но и на восток, в зависимости от знака линейного сдвига геострофической скорости. Высказывается мнение, что найденные аналитические решения могут быть полезны для проверки численных решений задач на собственные значения, посвященные анализу трехмерной неустойчивости бароклинных фронтов с учетом вертикальной диффузии плавучести. Более того, полученные решения дают аналитические соотношения для фазовых скоростей и инкрементов роста или затухания возмущений, которые в задачах на собственные значения, как правило, точно определить не удается.
При поддержке: Работа выполнялась при поддержке РФФИ (проект 15-05-01479-a) и РНФ (проект 14-50-00095).
Список литературы
1. Журбас В. М., Кузьмина Н. П., Кульша О. Б. Численное моделирование ступенчатого расслоения главного термоклина океана при вырождении термохалинных интрузий солевыми пальцами (численный эксперимент) // Океанология. 1987. Т. 27, № 3. С. 377—383.
2. Журбас В. М. и др. О проявлении процесса субдукции в термохалинных полях вертикальной тонкой структуры и горизонтальной мезоструктуры во фронтальной зоне Азорского течения // Океанология. 1993. Т. 33, № 3. С. 321—326.
3. Кузьмина Н. П. О вертикальной структуре трехмерного интрузионного расслоения океанских фронтов с существенной бароклинностью и термоклинностью // Океанология. 2001. Т. 41, № 3. С. 356—363.
4. Кузьмина Н. П., Руделс Б., Журбас Н. В. О структуре интрузий и фронтов в глубинном слое Евразийского бассейна и бассейна Макарова (Арктика) // Океанология. 2013. Т. 53, № 4. С. 463—475.
5. Кузьмина Н. П. и др. О роли вихрей и интрузий в процессах обмена в Балтийском халоклине // Океанология. 2008. Т. 48, № 2. С. 165—175.
6. Kuzmina N., Rudels B., Zhurbas V., Stipa T. On the structure and dynamical features of intrusive layering in the Eurasian Basin in the Arctic Ocean // J. Geophys. Res. 2011. V. 116. C00D11. doi:10.1029/2010JC006920.
7. Kuzmina N. P., Zhurbas V. M. Effects of Double Diffusion and Turbulence on Interleaving at Baroclinic Oceanic Fronts // J. Phys. Oceanogr. 2000. V. 30, № 12. P. 3025—3038.
8. Kuzmina N., Rudels B., Stipa T., Zhurbas V. The Structure and Driving Mechanisms of the Baltic Intrusions // Journal of Physical Oceanography. 2005. V. 35, N. 6. P. 1120—1137.
9. Kuzmina N. P. On the parameterization of interleaving and turbulent mixing using CTD data from the Azores Frontal Zone // J. Mar. Sys. 2000. V. 23. P. 285—302.
10. Kuzmina N. P., Lee J. H., Zhurbas V. M. Effects of turbulent mixing and horizontal shear on double-diffusive interleaving in the Central and Western Equatorial Pacific // J. Phys. Oceanogr. 2004. 34. P. 122—141.
11. McDougall T. J. Double-diffusive interleaving. Part 1: Linear stability analysis // J. Phys. Oceanogr. 1985. V. 15. P. 1532—1541.
12. Niino H. A linear stability theory of double-diffusive horizontal intrusions in a temperature-salinity front // J. Fluid. Mech. 1986. V. 171. P. 71—100.
13. Rudels B., Bjork G., Muench R. D., Schauer U. Double-diffusive layering in the Eurasian Basin of the Arctic Ocean // J. Mar. Syst. 1999. V. 21, N. 1—4. P. 3—27.
14. Stern M. E. Lateral mixing of water masses // Deep-Sea Res. 1967. V. 14, N. 12A. P. 747—753.
15. Toole J. M., Georgi D.T. On the dynamics and effects of double-diffusively driven intrusions // Prog. Oceanog. 1981. V. 10. N 2. P. 123—145.
16. Yoshida J., Nagashima H., Niino H. The behavior of double-diffusive intrusion in a rotating system // J. Geophys. Res. 1989. V. 94. P. 4923—4937.
17. Rudels B. et al. Double-Diffusive Convection and Interleaving in the Arctic Ocean — Distribution and Importance // Geophysika. 2009. P. 199—213.
18. Кузьмина Н. П., Родионов В. Б. О влиянии бароклинности на образование термохалинных интрузий в океанских фронтальных зонах // Изв. АН СССР. Физ. атм. и океана. 1992. Т. 28, № 10—11. С. 1077—1086.
19. Kuzmina N., Lee J. H. Driving Forces of Interleaving in the Baroclinic Front at the Equator // Journal of Physical Oceanogr. 2005. V. 35, N. 12. P. 2501—2519.
20. Radko T. Mechanics of merging events for a series of layers in a stratified turbulent fluid // J. Fluid Mech. 2007. P. 251—273.
21. May B. D., Kelley D. E. Effect of baroclinicity on double-diffusive interleaving // J. Phys. Oceanogr. 1997. 27. P. 1997—2008.
22. Eady E. T. Long waves and cyclone waves // Tellus. 1949. V. 1, № 3. P. 33—52.
23. Walsh D., Carmack E. The nested structure of Arctic thermohaline intrusions // Ocean Modelling. 2003. V. 5. P. 267—289.
24. Stern M. Ocean circulation physics. International Geophysics Series. V. 19. Academic Press, 1975. 245 p.
25. Баренблатт Г. И. Автомодельные явления — анализ размерностей и скейлинг. Долгопрудный: Издательский дом Интеллект, 2009. 216 с.
26. Кузьмина Н. П. и др. Применение моделей интерливинга для описания интрузионного расслоения на фронтах глубинной полярной воды Евразийского бассейна (Арктика) // Океанология. 2014. Т. 54. С. 594—604.
27. May B. D., Kelley D. E. Growth and steady stage of thermohaline intrusions in the Arctic Ocean // J. Geophys. Res. 2001. V. 106. P. 16783—16794.
28. Merryfield W. J. Intrusions in Double-Diffusively Stable Arctic Waters: Evidence for Differential mixing? // J. Phys. Oceanogr. 2002. V. 32, N. 5. P. 1452—1439.
29. McIntyre M. E. Diffusive destabilization of the baroclinic circular vortex // Geophys. Fluid Dyn. 1970. V. 1, N. 1—2. P. 19—57.
Рецензия
Для цитирования:
Кузьмина Н.П. Об одной гипотезе образования крупномасштабных интрузий в Арктическом бассейне. Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2016;9(2):15-26.
For citation:
Kuzmina N.P. About One Hypothesis of Generation of Large-Scale Intrusions in the Arctic Ocean. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2016;9(2):15-26. (In Russ.)
Просмотров:
74
Послать статью по эл. почте 