Структура и мезомасштабная изменчивость Основного Черноморского течения у побережья Крыма
На пiдставi унiкальних iнструментальних даних, отриманих у вереснi 2008 р. поблизу узбережжя Криму, описано структуру Основної Чорноморської течiї у верхньому 100-метровому шарi з високим просторовим роздiленням. Видiлено мезомасштабнi вихори з типовим горизонтальним масштабом у кiлька кiлометрiв та...
Gespeichert in:
| Datum: | 2010 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2010
|
| Schriftenreihe: | Доповіді НАН України |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/29827 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Структура и мезомасштабная изменчивость Основного Черноморского течения у побережья Крыма / А.Б. Полонский, Г.Ф. Джиганшин // Доп. НАН України. — 2010. — № 6. — С. 107-112. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-29827 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-298272012-01-07T12:15:12Z Структура и мезомасштабная изменчивость Основного Черноморского течения у побережья Крыма Полонский, А.Б. Джиганшин, Г.Ф. Науки про Землю На пiдставi унiкальних iнструментальних даних, отриманих у вереснi 2008 р. поблизу узбережжя Криму, описано структуру Основної Чорноморської течiї у верхньому 100-метровому шарi з високим просторовим роздiленням. Видiлено мезомасштабнi вихори з типовим горизонтальним масштабом у кiлька кiлометрiв та проаналiзовано їхнi характеристики. Показано, що в перiод спостережень кiнетична енергiя мезомасштабних течiй перевищувала кiнетичну енергiю Основної Чорноморської течiї. Using unique instrumental data obtained in September of 2008 in the vicinity of the Crimean coast, the high-resolved structure of the Rim current in the upper 100-m layer has been described. Mesoscale eddies with a typical horizontal size of a few km have been revealed, and their characteristics have been analyzed. It is shown that, for the observational period, the kinetic energy of mesoscale eddies exceeded the kinetic energy of the Rim current. 2010 Article Структура и мезомасштабная изменчивость Основного Черноморского течения у побережья Крыма / А.Б. Полонский, Г.Ф. Джиганшин // Доп. НАН України. — 2010. — № 6. — С. 107-112. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 1025-6415 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/29827 551.465.41 ru Доповіді НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Науки про Землю Науки про Землю |
| spellingShingle |
Науки про Землю Науки про Землю Полонский, А.Б. Джиганшин, Г.Ф. Структура и мезомасштабная изменчивость Основного Черноморского течения у побережья Крыма Доповіді НАН України |
| description |
На пiдставi унiкальних iнструментальних даних, отриманих у вереснi 2008 р. поблизу узбережжя Криму, описано структуру Основної Чорноморської течiї у верхньому 100-метровому шарi з високим просторовим роздiленням. Видiлено мезомасштабнi вихори з типовим горизонтальним масштабом у кiлька кiлометрiв та проаналiзовано їхнi характеристики. Показано, що в перiод спостережень кiнетична енергiя мезомасштабних течiй перевищувала кiнетичну енергiю Основної Чорноморської течiї. |
| format |
Article |
| author |
Полонский, А.Б. Джиганшин, Г.Ф. |
| author_facet |
Полонский, А.Б. Джиганшин, Г.Ф. |
| author_sort |
Полонский, А.Б. |
| title |
Структура и мезомасштабная изменчивость Основного Черноморского течения у побережья Крыма |
| title_short |
Структура и мезомасштабная изменчивость Основного Черноморского течения у побережья Крыма |
| title_full |
Структура и мезомасштабная изменчивость Основного Черноморского течения у побережья Крыма |
| title_fullStr |
Структура и мезомасштабная изменчивость Основного Черноморского течения у побережья Крыма |
| title_full_unstemmed |
Структура и мезомасштабная изменчивость Основного Черноморского течения у побережья Крыма |
| title_sort |
структура и мезомасштабная изменчивость основного черноморского течения у побережья крыма |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2010 |
| topic_facet |
Науки про Землю |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/29827 |
| citation_txt |
Структура и мезомасштабная изменчивость Основного Черноморского течения у побережья Крыма / А.Б. Полонский, Г.Ф. Джиганшин // Доп. НАН України. — 2010. — № 6. — С. 107-112. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| series |
Доповіді НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT polonskijab strukturaimezomasštabnaâizmenčivostʹosnovnogočernomorskogotečeniâupoberežʹâkryma AT džiganšingf strukturaimezomasštabnaâizmenčivostʹosnovnogočernomorskogotečeniâupoberežʹâkryma |
| first_indexed |
2025-07-03T10:05:50Z |
| last_indexed |
2025-07-03T10:05:50Z |
| _version_ |
1836619819599790080 |
| fulltext |
УДК 551.465.41
© 2010
Член-корреспондент НАН Украины А.Б. Полонский,
Г.Ф. Джиганшин
Структура и мезомасштабная изменчивость Основного
Черноморского течения у побережья Крыма
На пiдставi унiкальних iнструментальних даних, отриманих у вереснi 2008 р. побли-
зу узбережжя Криму, описано структуру Основної Чорноморської течiї у верхньому
100-метровому шарi з високим просторовим роздiленням. Видiлено мезомасштабнi ви-
хори з типовим горизонтальним масштабом у кiлька кiлометрiв та проаналiзовано їхнi
характеристики. Показано, що в перiод спостережень кiнетична енергiя мезомасштаб-
них течiй перевищувала кiнетичну енергiю Основної Чорноморської течiї.
В формировании и изменчивости океанографических характеристик Черного моря опреде-
ляющую роль играет главное звено циркуляции его вод — Основное Черноморское течение
(ОЧТ). Схема поверхностных течений моря впервые была опубликована Н.М. Книповичем
еще в 30-х годах прошедшего столетия [1]. Последующие публикации (например, в [2–6])
подтвердили предложенную в работе [1] генеральную схему циркуляции поверхностных вод
Черного моря. Они показали, что ОЧТ со скоростями 20–100 см/с выделяется в виде струи
с циклоническим обращением вод, опоясывающей все море в зоне материкового склона.
ОЧТ — как достаточно интенсивное квазигеострофическое течение — проникает до глуби-
ны ∼100 м. По современным представлениям, его максимальная интенсивность приходится
на конец зимы — начало весны, а минимальная — на конец лета — начало осени [3, 6].
Вихреволновые процессы синоптических масштабов (с типичными пространственными
размерами от десяти до нескольких десятков километров и временными масштабами от
недель до месяцев) выделяются в верхнем 100-метровом слое круглый год, но характе-
ризуются существенной пространственно-временной перемежаемостью [3, 7–9]. Изменчи-
вость ОЧТ в подповерхностном слое на более мелких пространственно-временных масшта-
бах практически не изучена. Причина заключается в отсутствие достоверной информации
о четырехмерной структуре ОЧТ достаточного пространственно-временного разрешения.
Особый интерес представляет исследование мезомасштабной и субмезомасштабной измен-
чивости ОЧТ с типичными пространственными масштабами до нескольких километров
и временными — порядка нескольких суток. Такой интерес обусловлен двумя обстоятель-
ствами: во-первых, интенсивная изменчивость соответствующего масштаба неоднократно
описывалась по данным, полученным в отдельных регионах Мирового океана [10]. Про-
явления интенсивных мезомасштабных вихрей отмечались и в поверхностном слое Черно-
го моря, причем еще в 1964 г. [7], что подтвердилось позднее спутниковыми данными [8].
И, во-вторых, если достаточно интенсивная (суб)мезомасштабная изменчивость течений
действительно охватывает весь верхний слой Черного моря, то это приводит к необхо-
димости их явного описания (или, как минимум, адекватной параметризации) в моделях
циркуляции моря. К сожалению, из-за крайней ограниченности данных инструментальных
измерений профилей течений (суб)мезомасштабная изменчивость ОЧТ в подповерхностном
слое не исследовалась. Первые результаты такого исследования представлены в настоящем
сообщении.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2010, №6 107
Рис. 1. Положение точек, в которых выполнялись измерения компонент вектора течений на гидрографи-
ческом судне “PATHFINDER” в период с 6 по 16 сентября 2008 г.
Граница 12-мильной зоны Украины — сплошная толстая линия; изобаты — штриховые линии. Район с наи-
большим количеством данных измерений, для которого исследовалась мезомасштабная изменчивость тече-
ний, выделен на схеме тремя жирными линиями.
Исходные данные и методика исследования. В период с 6 по 16 сентября 2008 г.
в пределах 12-мильной зоны, примыкающей к побережью Крыма, на гидрографическом
судне США “PATHFINDER” были выполнены уникальные (по пространственно-времен-
ному разрешению и количеству полученных результатов) измерения характеристик тече-
ний с помощью акустического доплеровского комплекса ADCP (Acoustic Doppler Current
Profiler). По ходу движения судна с пятиминутным интервалом регистрировались профили
компонент вектора течения. Измерения выполнялись в слое от 17–20 м до 100–110 м. В не-
скольких точках верхний горизонт измерений составлял 13 м. Всего было выполнено 1165
зондирований (рис. 1).
Наиболее обеспеченным данными измерений оказался район, выделенный на рис. 1. Это
было вызвано тем обстоятельством, что экспедиция была организована Департаментом под-
водного наследия Института археологии НАН Украины в район предполагаемой гибели те-
плохода “Армения”, затопленного во время Великой Отечественной войны, в указанном ра-
йоне Черного моря. Тем не менее в этом же районе наблюдалась интенсивная мезомасштаб-
ная изменчивость ОЧТ. Поэтому по ADCP-данным с очень высоким пространственным
разрешением удалось получить статистически обеспеченную кинематическую структуру ге-
нерального переноса вод, а также охарактеризовать мезомасштабную изменчивость ОЧТ.
Для этого в каждом узле сетки в районе работ были вычислены осредненные по пространст-
ву составляющие вектора течений на отдельных горизонтах и осредненные по вертикали
профили, а также оценена статистика мезомасштабных флуктуаций векторов течений. При-
чем для района, наиболее обеспеченного данными измерений, шаг сетки изменялся от 1,5
до 4,5 миль, а пространственное сглаживание — от 1 до 10 миль.
108 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2010, №6
Рис. 2. Пространственная структура осредненных в узлах сетки течений вблизи побережья Крыма в сен-
тябре 2008 г. при a = 1,5 миль
Поскольку в окрестности ОЧТ поле течений анизотропно, то каждый узел сетки рас-
сматривался как центр зонально-ориентированного эллипса влияния. Данные зондирова-
ний для каждого горизонта, попадавшие в пределы эллипса влияния, усреднялись с весами,
уменьшающимися по косинусоидальному закону от единицы в центре эллипса влияния до
нуля на его границе. Размеры полуосей эллипсов влияния изменялись для зональной оси
от 0,5 до 5,0 миль при постоянном соотношении осей b/a = 0,5 (где a и b — зональная
и меридиональная полуоси эллипса соответственно). Такая процедура объективного анали-
за очень близка к процедуре оптимальной интерполяции [9]. Затем для каждого горизонта
при различных эллипсах влияния и в среднем для всего слоя, охваченного наблюдениями,
вычислялись следующие величины:
компоненты (U , V ) осредненных векторов течения;
модули осредненной скорости (|V | =
√
U2 + V 2);
дисперсии и среднеквадратические отклонения (СКО) составляющих вектора течений
(σU , σV ) и модуля скорости (σ =
√
σ2
U
+ σ2
V
);
коэффициенты вариации модуля скорости (CV = σ/|V |).
Некоторые результаты вычислений представлены на рис. 2 и 3.
Результаты, их краткий анализ. Поле проинтерполированных в узлы сетки век-
торов течения во всем анализируемом слое показывает, что в пределах рассматриваемой
акватории при всех использованных параметрах фильтра стрежень ОЧТ в основном на-
блюдался на расстоянии 5–10 миль от береговой черты. Максимум скорости (до 40 см/с)
отмечался на горизонтах 30–40 м. Глубже — скорости течения уменьшались. Однако про-
странственная структура ОЧТ на всех горизонтах в слое от 17 до 101 м принципиально не
менялась. Генеральное направление ОЧТ — вдольбереговое (см. рис. 2). Из рисунка видно,
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2010, №6 109
Рис. 3. Векторы течений, осредненные в слое 17–101 м, и поле среднеквадратических отклонений (σ =
=
√
σ2
U
+ σ2
V
), характеризующее мезомасштабную изменчивость модуля вектора (А); поле коэффициентов
вариации модуля вектора течений на горизонте 37 м (Б) для трех вариантов интерполяции.
В левом верхнем углу указано количество профилей (N) в каждом расчетном узле, участвующее в интер-
поляционной процедуре, в правом — характеристики пространственного сглаживания
что на кинематическую структуру ОЧТ влияет рельеф дна. На подходе к траверсу м. Аю-
даг, там, где изобаты 200 и 1000 м удаляются от берега, основная ветвь ОЧТ также отодви-
гается на расстояние до 12 миль от берега. Именно на этом участке ОЧТ зарегистрированы
максимальные скорости переноса вод (до 35–40 см/с в подповерхностном слое). Средние
(по всему 100-метровому слою, охваченному наблюдениями) скорости достигают 30 см/с
в окрестности стрежня ОЧТ (см. рис. 2).
Отметим, что экспедиция проводилась в период года, когда средние скорости ОЧТ
уменьшаются до минимума типичного сезонного хода, а синоптическая изменчивость поля
течений интенсифицируется [3, 6, 9]. Результаты, приведенные на рис. 3, демонстрируют
наличие высокоамплитудных мезомасштабных возмущений в поле течений во всем анали-
зируемом слое. Типичные величины СКО модуля скорости составляют 10–20 см/с. На их
мезомасштабный характер указывает быстрое уменьшение коэффициентов вариации ско-
рости течений при увеличении масштаба сглаживания. При a = 1,5 миль максимальная
величина CV превышает 10, а при a = 2,5 миль она уменьшается вдвое. При этом меняется
и пространственная структура полей CV и σ =
√
σ2
U
+ σ2
V
. При меньшем масштабе про-
110 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2010, №6
странственного сглаживания явно выделяется мезомасштабное динамическое образование
с типичным пространственным масштабом в несколько километров, которое практически
исчезает уже при a = 2,5 миль (см. рис. 3).
Необходимо подчеркнуть, что максимальные СКО модуля скорости отмечаются в ок-
рестности стрежня ОЧТ, а максимальные CV — за пределами струи ОЧТ, там, где осреднен-
ные скорости составляют около 1–2 см/с. За пределами стрежня ОЧТ наблюдается также
сильная зависимость векторов среднего течения от размеров эллипса влияния. Однако и
в окрестности стрежня ОЧТ, и за его пределами СКО модуля скорости, характеризую-
щее мезомасштабную изменчивость, остается достаточно большим. Даже осредненная (по
всему 100-метровому слою) величина СКО редко была меньше 10 см/с, а для отдельных
горизонтов подповерхностного слоя она оказалась существенно большей (при a = 1,5 миль,
см. рис. 3). Типичные значения коэффициента вариации модуля скорости превышали 1,
а максимальные — 10.
Приведенные факты означают, что мезомасштабная изменчивость поля течений, во-пер-
вых, носит явно выраженный агеострофический (нелинейный) характер, а, во-вторых, су-
щественно влияет на структуру циркуляции в окрестности ОЧТ (по крайней мере, в период
сезонного ослабления ОЧТ, на который пришлись экспедиционные работы). Отсюда сле-
дует необходимость явного описания мезомасштабных процессов (или, как минимум, их
адекватной параметризации) в моделях циркуляции вод Черного моря. Эти выводы могут
показаться достаточно очевидными, поскольку для некоторых регионов Мирового океана
они были установлены более 25 лет тому назад [10]. Однако их прямое экспериментальное
подтверждение для подповерхностного слоя в районе свала глубин у Крымского побережья
до сих пор отсутствовало. Учитывая сильную пространственно-временную перемежаемость
мезомасштабных процессов в морях и океанах, такое экспериментальное подтверждение
представляется особенно ценным.
Что касается субмезомасштабной изменчивости поля течений с характерными про-
странственными масштабами порядка 1 км, то выполненные измерения не позволили полу-
чить статистически значимые оценки ее интенсивности. Если при a = 1,5 миль в пределы
эллипса влияния попадало как минимум 5 измеренных профилей, то при уменьшении a
до 0,5 миль — не больше 1–4, что не позволяет достоверно выделить субмезомасштабные
процессы.
1. Книпович Н.М. Гидрологические исследования в Черном море // Тр. Азово-Черномор. науч.-про-
мыслов. экспедиции. – 1933. – Вып. 10. – С. 1–272.
2. Блатов А.С., Булгаков Н.П., Иванов В.А., Косарев А.Н., Тужилкин В.С. Изменчивость гидро-
физических полей Черного моря / Под ред. Б.А. Нелепо. – Ленинград: Гидрометеоиздат, 1984. –
239 с.
3. Кныш В.В., Коротаев Г.К., Демышев С. Г., Белокопытов В.Н. Долговременные изменения термо-
халинных и динамических характеристик Черного моря по климатическим данным температуры и
солености и их ассимиляция в модели // Мор. гидрофиз. журн. – 2005. – № 3. – С. 11–30.
4. Богатко О.Н., Богуславский С. Г., Беляков Ю.М., Иванов Р.И. Поверхностные течения Черного мо-
ря // Комплексные исследования Черного моря. – Севастополь: Мор. гидрофиз. ин-т НАН Украины,
1979. – С. 26–33.
5. Филиппов Д.М. Циркуляция и структура вод Черного моря. – Москва: Наука, 1968. – 319 с.
6. Шокурова И.Г. Сезонная и межгодовая изменчивость геострофической циркуляции вод Черного мо-
ря // Системы контроля окружающей среды. – Севастополь: Мор. гидрофиз. ин-т НАН Украины,
2008. – С. 329–332.
7. Зац В.И. Динамика вод и процессы горизонтальной турбулентной диффузии в прибрежной зоне
Черного моря: Дис. . . . канд. геогр. наук. – Москва, 1964. – 96 с.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2010, №6 111
8. Zatsepin, A.G., Ginzburg A. I., Kostianoy A.G. et al. Observations of Black Sea Mesoscale Eddies and
Associated Horizontal Mixing // J. Geophys. Res. – 2003. – 108, No. C8. – P. 3246–3273.
9. Полонский А.Б., Шокурова И. Г. Статистическая структура крупномасштабных полей температуры
и солености в Черном море // Мор. гидрофиз. журн. – 2008. – № 1. – С. 51–65.
10. Полонский А.Б. Горизонтально-неоднородный деятельный слой океана и его моделирование. – Се-
вастополь; Обнинск: ВНИИГМИ – МЦД, 1989. – 234 с.
Поступило в редакцию 12.10.2009Морской гидрофизический институт
НАН Украины, Севастополь
Corresponding Member of the NAS of Ukraine A.B. Polonsky, G.F. Dzhiganshin
Structure and mesoscale variability of the Rim current in the coastal
zone of the Crimea
Using unique instrumental data obtained in September of 2008 in the vicinity of the Crimean
coast, the high-resolved structure of the Rim current in the upper 100-m layer has been descri-
bed. Mesoscale eddies with a typical horizontal size of a few km have been revealed, and their
characteristics have been analyzed. It is shown that, for the observational period, the kinetic energy
of mesoscale eddies exceeded the kinetic energy of the Rim current.
112 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2010, №6
|