Топографический эффект для волн Россби на зональном сдвиговом потоке

Проводится сравнительный анализ влияния топографии, β-эффекта и градиента меридиональной изменчивости фонового течения на распространение баротропных топографических волн Россби. Опираясь на уже полученные результаты о том, что короткие волны практически не наблюдаются, а также учитывая, что влияние стратификации на длинные волны Россби незначительно, мы исключаем из задачи влияние стратификации и рассматриваем вертикально интегрированное зональное течение. Меридиональную изменчивость фонового течения топографии мы рассматриваем в ВКБ-приближении. Это позволяет получить дисперсионное соотношение для плоских баротропных топографических волн Россби, в котором одновременно учитываются эффекты, связанные с вращением Земли, сдвиг скорости и топография. В рассмотренных примерах сдвиг скорости течения рассчитывается по данным продукта GLORYS12v1 для акватории расположенного в зоне действия Антарктического циркумполярного течения. В качестве топографической структуры рассматривается зонально вытянутый хребет, рельеф которого аппроксимируется экспонентой или гауссианой с различными параметрами. Установлено, что локально вклад сдвигового течения может перекрывать вклад топографии. Показано, что топографический фактор в дисперсионном соотношении является доминирующим, при этом с северной стороны хребта в южном полушарии топография усиливает действие β-эффекта, а с южной стороны — ослабляет.

1. Незлин М.В. Солитоны Россби (Экспериментальные исследования и лабораторная модель природных вихрей типа Большого Красного Пятна Юпитера) // Успехи физических наук. 1986. Т. 150, № 9. С. 3–60. doi: 10.3367/UFNr.0150.198609a.0003

2. Ле Блон П., Майсек Л. Волны в океане В 2-х ч. / Пер. с англ. М.: Мир, 1981. 846 с.

3. Veronis G. Rossby waves with bottom topography // J. Mar. Res. 1966. V. 24, N 3. P. 338–349.

4. Rhines P.B. Edge-, bottom-, and Rossby waves in a rotating stratified fluid // Geophys. Fluid Dyn. 1970. V. 1, N 3–4. P. 273–302. doi: 10.1080/03091927009365776

5. Killworth P.D., Blundell J.R. Long extratropical planetary wave propagation in the presence of slowly varying mean flow and bottom topography. Part I: The Local Problem // J. Phys. Oceanogr. 2003. V. 33, N 4. P. 784–801. doi: 10.1175/1520–0485(2003)33<784:LEPWPI>2.0.CO;2

6. Killworth P.D., Blundell J.R. Planetary wave response to surface forcing and to instability in the presence of mean flow and topography // J. Phys. Oceanogr. 2007. V. 37. P. 1297–1320. doi: 10.1175/JPO3055.1

7. Charney J.G., Flierl G.R. Oceanic analogues of large-scale atmospheric motions // Evolution of Physical Oceanography / Eds. B.A. Warren and C. Wunsh, Chapter 18. Cambridge, Massachusetts: MIT Press, 1981. P. 504–548.

8. Bobrovich A.V., Reznik G.M. Planetary waves in a stratified ocean of variable depth. Part 2. Continuously stratified ocean // J. Fluid. Mech. 1999. V. 388. P. 147–169. doi: 10.1017/S0022112099004863

9. Каменкович В.М., Монин А.С. Физика океана. Т. 2: Гидродинамика океана. М.: Наука, 1978. 435 c.

10. Гневышев В.Г., Фролова А.В., Кубряков А.А., Собко Ю.В., Белоненко Т.В. Взаимодействие волн Россби со струйным потоком: основные уравнения и их верификация для антарктического циркумполярного течения // Изв. РАН. Физ. атм. и океана. 2019. Т. 55, № 5. С. 39–50.

11. Педлоски Дж. Гидрофизическая гидродинамика / Пер. с англ. В 2 т. М.: Мир, 1984. 398 с. (т. 1), 416 с. (т. 2).

12. La Casce J.H. The prevalence of oceanic surface modes // Geophys. Res. Lett. 2017. V. 44. P. 11097–11105. doi: 10.1002/2017GL075430

13. Brink K.H., Pedlosky J. Rossby Waves with Continuous Stratification and Bottom Friction // J. Phys. Oceanogr. 2018. V. 48, N 9. P. 2209–2219. doi: 10.1175/JPO-D-18–0070.1

14. Killworth P.D., Blundell J.R. The dispersion relation for planetary waves in the presence of mean flow and topography. Part I: Analytical theory and one-dimensional examples // J. Phys. Oceanogr. 2004. V. 34, N12. P. 2692–2711. doi: 10.1175/JPO2635.1

15. Killworth P.D., Blundell J.R. The dispersion relation for planetary waves in the presence of mean flow and topography. Part II: two-dimensional examples and global results // J. Phys. Oceanogr. 2005. V. 35, N 11. P. 2110–2133.

16. Гилл А. Динамика атмосферы и океана. В 2 т. / Пер. с англ. М.: Мир, 1986. 396 с. (т. 1), 415 с. (т. 2).

17. Chelton D.B., de Szoeke R.A., Schlax M.G., El Naggar K., Siwertz N. Geographical variability of the first baroclinic Rossby radius of deformation // J. Phys. Oceanogr. 1998. V. 28, N 3. P. 433–460. doi: 10.1175/1520–0485(1998)028<0433:GVOTFB>2.0.CO;2

18. Chelton D.B., Schlax M.G., Samelson R.M. Global observations of nonlinear mesoscale eddies // Prog. Oceanogr. 2011. 91, 167–216. doi: 10.1016/j.pocean.2011.01.002

19. Тараканов Р.Ю. Структура крупномасштабной циркуляции антарктических вод: автореф. дис. на соиск. учен. степ. док. физ-мат. наук (25.00.28) / Роман Юрьевич Тараканов; Институт океанологии им. П.П. Ширшова. Москва, 2015. 42 с.

20. Knauss J.A., Garfield N. Introduction to physical oceanography. Waveland Press, 2016. 310 p.

21. Zyryanov V.N. Topographic eddies in a stratified ocean // Regular and chaotic dynamics. 2006. V. 11, N 4. P. 491–521. doi: 10.1070/RD2006v011n04ABEH000367

22. Nowlin W.D., Klinck J.M. The physics of the Antarctic circumpolar current // Rev. Geophys. 1986. V. 24, N 3. P. 469– 491. doi: 0.1029/RG024i003p00469

23. Smith K.S., Marshall J. Evidence for enhanced eddy mixing at middepth in the Southern Ocean // J. Phys. Oceanogr. 2009. V. 39. P. 50–69. doi: 10.1175/2008JPO3880.1

24. Phillips H.E., Rintoul S.R. Eddy variability and energetics from direct current measurements in the Antarctic Circumpolar Current south of Australia // J. Phys. Oceanogr. 2000. V. 30, N 12. P. 3050–3076. doi: 10.1175/1520–0485(2000)030<3050:EVAEFD>2.0.CO;2

25. Morrow R., Le Traon P.-Y. Recent advances in observing mesoscale ocean dynamics with satellite altimetry // Adv. Spa. Res. 2012. V. 50, N8. P. 1062–1076. doi: 10.1016/j.asr.2011.09.033

26. Donohue K.A., Watts D.R., Hamilton P., Leben R., Kennelly M. Loop current eddy formation and baroclinic instability // Dyn. Atmos. Oceans. 2016. V. 76, Part 2. P. 195–216. doi: 10.1016/j.dynatmoce.2016.01.004

27. Marshall D. Topographic steering of the Antarctic Circum- polar Current // J. Phys. Oceanogr. 1995. V. 25, N 7. P. 1636–1650. doi: 10.1175/1520–0485(1995)025<1636:TSOTAC>2.0.CO;2

28. Ruan X., Thompson A.F., Flexas M.M., Sprintall J. Contribution of topographically generated submesoscale turbulence to Southern Ocean overturning // Nature Geoscience. 2017. V. 10, N 11. P. 840–845. doi: 10.1038/ngeo3053

29. Thompson A.F. The atmospheric ocean: eddies and jets in the Antarctic Circumpolar Current // Philosophical Transactions of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2008. V. 366, N 1885. P. 4529–4541. doi: 10.1098/rsta.2008.0196

30. Белоненко Т.В., Захарчук Е.А., Фукс В.Р. Градиентно-вихревые волны в океане. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2004. 215 с.

31. Rhines P.B. Slow oscillation in an ocean of varying depth. Part 1. Abrupt topography // J. Fluid Mech. 1969. V. 37, N 1. P. 161–189. doi: 10.1017/S0022112069000474