Инерционные колебания в северной части Черного моря по данным натурных наблюдений

На основе анализа двух видов натурных данных по течениям обсуждаются характерные свойства инерционных колебаний в деятельном слое северной части Черного моря. Результаты спектрального анализа ~100-суточных рядов пульсаций скорости течения на пяти горизонтах (35–350 м) автономной буйковой станции показали, что в полосе частот 2/3f÷3/2f вблизи локальной инерционной частоты f сконцентрировано не менее 70 % кинетической энергии внутриволнового диапазона, как и в других районах Мирового океана. Характерной особенностью вертикального распределения энергии инерционных колебаний является ее наиболее быстрое убывание в окрестности максимума частоты плавучести в основном пикноклине. Такое изменение энергии с глубиной подтверждает экранирующее действие основного пикноклина, ограничивающее проникновение инерционных колебаний в глубинные слои моря. Впервые установлено, что доля энергии инерционных колебаний в общей кинетической энергии растет с глубиной (от 8.5 % на горизонте 50 м до 19 % на горизонте 350 м). Это обстоятельство подчеркивает возрастание роли инерционных колебаний в динамике вод глубинных слоев моря. Характерный временной масштаб затухания инерционных колебаний в основном пикноклине составил ~170 ч, выше пикноклина ~55 ч, ниже — ~70 ч. Относительное увеличение параметра в основном пикноклине означает обострение инерционного пика на спектре, что является характерным для других районов Мирового океана, и может объясняться уменьшением групповой скорости около инерционных внутренних волн за счет их взаимодействия с геострофическими потоками. Непрерывные профили, полученные с использованием погружаемого доплеровского профилометра течений, показали преобладание вращения вектора сдвига скорости с глубиной по часовой стрелке, что определяет направление распространения около инерционных внутренних волн вниз, как доминирующее, и подтверждает их ветровое происхождение. Наблюдаемая длина около инерционных внутренних волн составила 20–50 м по вертикали. Средняя продолжительность пакета волн ~1.5 длины волны.

1. Munk W. Internal waves and small-scale processes // Evolution of Physical Oceanography / Eds. B.A. Warren and C. Wunsh. The MIT Press, 1981. P. 264–291.

2. Pollard R.T., Millard R.C. Comparison between observed and simulated wind-generated inertial oscillations // Deep Sea Res. 1970. V. 17. P. 153–175.

3. Kunze E. Near-Inertial Wave Propagation in Geostrophic Shear // J. Phys. Oceanogr. 1985. V. 15. P. 544–565.

4. Фомин Л.М. Об инерционных колебаниях в горизонтально неоднородном поле скорости течений в океане // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1978. Т. 9, № 1. С. 147–157.

5. Gerkema T., Shrira V.I. Near-inertial waves on the “nontraditional” b plane // J. Geophys. Res. 2005. V. 110, C01003. doi: 10.1029/2004JC002519

6. Калашник М.В. Распространение и захват инерционно-гравитационных волн в сдвиговых течениях (лучевая теория) // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2013. Т. 49, № 2. С. 240–252.

7. Сабинин К.Д., Коротаев Г.К. Инерционные колебания в присутствии сдвигового течения в океане // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2017. Т. 53, № 3. С. 399–405.

8. Alford M.H., Gregg M.C. Near-inertial mixing: Modulation of shear, strain and microstructure at low latitude // J. Geophys. Res. 2001. V. 106, N C8. P. 16947–16968. doi: 10.1029/2000JC000370

9. Журбас В.М., Зацепин А.Г., Григорьева Ю.В., Еремеев В.Н., Кременецкий В.В., Мотыжев С.В., Поярков С.Г., Пулейн П.-М., Станичный С.В., Соловьев Д.М. Циркуляция вод и характеристики разномасштабных течений в верхнем слое Черного моря по дрифтерным данным // Океанология. 2004. Т. 44, № 1. С. 34–48.

10. Van Haren H. Spatial variability of deep-ocean motions above an abyssal plain // J. Geophys. Res. 2004. V. 109, C12014. doi: 10.1029/2004JC002558

11. Sherman R.K. Observations of near-inertial current variability on the New England shelf // J. Geophys. Res. 2005. V. 110, C02012. doi: 10.1029/2004JC002341

12. Лаврова О.Ю., Сабинин К.Д. Проявление инерционных колебаний на спутниковых изображениях морской поверхности // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13, № 4. С. 60–73.

13. Бондур В.Г., Сабинин К.Д., Гребенюк Ю.В. Характеристики инерционных колебаний по данным экспериментальных измерений течений на российском шельфе Черного моря // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2017. Т. 53, № 1. С. 135–142.

14. Клювиткин А.А., Островский А.Г., Лисицын А.П., Коновалов С.К. Энергетический спектр скорости течения в глубокой части Чёрного моря // Доклады Академии наук. 2019. Т. 488, № 5. C. 550–554. doi: 10.31857/S0869–56524885550–554

15. Munk W., Wunsch C. Abyssal recipes II: energetics of tidal and wind mixing // Deep Sea Res. I. 1998. 45. P. 1977–2010.

16. Богуславский С.Г., Иванов В.А., Янковский А.Е. Особенности инерционных течений Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 1996. № 3. C. 58–68.

17. Блатов А.С., Булгаков Н.П., Иванов В.А., Косарев А.Н., Тужилкин В.С. Изменчивость гидрофизических полей Черного моря. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 240 с.

18. Firing E., Gordon R. Deep ocean acoustic Doppler current profiling // Proc. IEEE4th Working Conf. on Current Measurements. MD, IEEE, 1990. Р. 192–201.

19. Polzin K.L., Toole J.M., Smith R.W. Finescale parameterizations of turbulent dissipation // Ibid. 1995. V. 25. P. 306–328.

20. Naveira Garabato A.C., Oliver K.I.C., Watson A.J. et al. Turbulent diapycnal mixing in the Nordic Seas // J. Geophys. Res. 2004. 109, C12010. 9 p.

21. Garrett C.J.R., Munk W.H. Space-time scales of internal waves: A progress report // J. Geophys. Res. 1975. V. 80. P. 291–297. doi: 10.1029/JC080i003p00291

22. Cairns J.L., Williams G.O. Internal Waves Observations From a Midwater Float, 2 // J. Geophys. Res. 1976. V. 81, N 12. P. 1943–1950.

23. Морозов А.Н., Лемешко Е.М. Оценка коэффициента вертикальной турбулентной диффузии по данным CTD/ LADCP-измерений в северо-западной части Черного моря в мае 2004 года // Морской гидрофизический журнал. 2014. № 1. С. 58–67.

24. Morozov A.N., Lemeshko E.M., Shutov S.A., Zima V.V., Deryushkin D.V. Structure of the Black Sea currents based on the results of the LADCP observations in 2004–2014 // Physical Oceanography. 2017. N 1. P. 25–40.

25. Амбросимов А.К. Пространственно-временная изменчивость характеристик течения в глубоководной части Среднего Каспия // Метеорология и гидрология. 2016. № 1. С. 60–77.

26. Leman D.K., Sanford T.B. Vertical Energy Propagation of Inertial Waves: A Vector Spectral Analysis of Velocity Profiles // J. Geophys. Res. 1975. V. 80, N 15. P. 1975–1978.

27. Морозов А.Н., Маньковская Е.В. Сезонная изменчивость структуры течений в северной части Черного моря по данным натурных наблюдений 2016 г. // Фундам. прикл. гидрофиз. 2019. Т. 12, № 1. С. 15–20. doi: 10.7868/S2073667319010027