Морской гидрофизический журнал. 2019; 35: 633-645
Динамика вод Каспийского моря над Апшеронским порогом в 2003 году
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2019-6-633-645Аннотация
Цель. Изучение водообмена между Средним и Южным Каспием, оценка его интенсивности, пространственно-временной структуры и изменчивости – цель данной работы.
Методы и результаты. В исследовании применяется численная модель общей циркуляции Каспийского моря, имеющая достаточно высокое разрешение для описания мезомасштабной структуры течений – 2 км. С применением этой модели реконструирована циркуляция Каспийского моря в 2003 г., рассчитаны основные характеристики переноса вод между Средним и Южным Каспием. Конкретный год выбран в связи с тем, что во все месяцы 2003 г. поля скорости ветра в акватории Среднего и Южного Каспия достаточно хорошо согласовывались со среднеклиматическими. В полученной по модели структуре течений над Апшеронским порогом отмечается следующая закономерность: северные течения наиболее часто формируются над склоном восточного шельфа, южные – над склоном западного, причем последние, как правило, более интенсивны и регулярны. С середины июля по октябрь над Каспием регулярно дуют восточные ветры, в несколько раз усиливая северные течения, несущие вдоль восточного побережья относительно соленые и теплые воды Южного Каспия в Средний. Достаточно стабильное течение, имеющее южное направление, расположено вдоль склона западного шельфа на глубинах 100–150 м и создается градиентом плотности между холодным Средним и теплым Южным Каспием. В целом поток воды над порогом направлен с севера на юг, при этом южные потоки распределены в течение года относительно равномерно, в то время как бόльшая часть расхода северных течений приходится на период с конца июля по декабрь.
Выводы. Поскольку на юге Каспийского моря воды на всех глубинах более теплые и соленые, чем в его центральной части, водообмен двух бассейнов на протяжении всего года способствует росту и температуры, и солености в Среднем Каспии и соответственно их понижению – в Южном. Потоки соли, создаваемые течениями в рассматриваемом районе, достаточны для повышения солености верхнего слоя Среднего Каспия на 0,5‰ за 100 дней, при этом соответствующий рост температуры не превосходит 0,01–0,03°C за сутки. Обратные (южные) течения несут относительно пресные воды в Южный Каспий, понижая соленость его верхнего слоя на величину до 0,2‰ в месяц, однако такие интенсивные интрузии отмечаются лишь в марте и декабре. Влияние этих течений на тепловой баланс Южного Каспия более однородно в течение года и не превосходит 0,17°C/сут.
Список литературы
1. Амбросимов А. К. Пространственно-временная изменчивость характеристик течения в глу-боководной части Среднего Каспия // Метеорология и гидрология. 2016. № 1. С. 60–77.
2. Амбросимов А. К. О циркуляции водных масс в котловине Южного Каспия // Инженер-ная физика. 2018. № 5. С. 108–112. doi:10.25791/infizik.05.2018.019
3. Комплексные исследования системы Каспийского моря в 39-м рейсе научно-исследо-вательского судна “Рифт” / А. К. Амбросимов [и др.] // Океанология. 2014. Т. 54, № 3. С. 428–432. doi:10.7868/S0030157414020014
4. Комплексный спутниковый мониторинг морей России / О. Ю. Лаврова [и др.]. М. : ИКИ РАН, 2011. 470 с.
5. Комплексные исследования системы Каспийского моря в 41-м рейсе научно-исследо-вательского судна “Рифт” / А. К. Амбросимов [и др.] // Океанология. 2014. Т. 54, № 5. С. 715–720. doi:10.7868/S0030157414040017
6. Seasonal variability of the Caspian Sea three-dimensional circulation, sea level and air-sea inter-action / R. A. Ibrayev [et al.] // Ocean Science. 2010. Vol. 6, iss. 1. P. 311–329. doi:10.5194/os-6-311-2010
7. Babagoli Matikolaei J., Aliakbari Bidokhti A., Shiea M. Some aspects of the deep abyssal over-flow between the middle and southern basins of the Caspian Sea // Ocean Science. 2019. Vol. 15, iss. 2. P. 459–476. https://doi.org/10.5194/os-15-459-2019
8. Analysis of deep-water exchange in the Caspian Sea based on environmental tracers / F. Peeters [et al.] // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2000. Vol. 47, iss. 4. P. 621–654. https://doi.org/10.1016/S0967-0637(99)00066-7
9. Ибраев Р. А., Дьяконов Г. С. Моделирование динамики океана при больших колебаниях уровня // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2016. Т. 52, № 4. С. 514–526. doi:10.7868/S0002351516040064
10. Дьяконов Г. С., Ибраев Р. А. Воспроизведение многолетней изменчивости уровня Кас-пийского моря в гидродинамической модели высокого разрешения // Океанология. 2018. Т. 58, № 1. С. 11–22. doi:10.7868/S0030157418010021
11. Shukla J. Seamless Prediction of Weather and Climate: A New Paradigm for Modeling and Prediction Research // NOAA Climate Test Bed Joint Seminar Series. Camp Springs, Maryland : 2009. 8 p. URL: https://www.nws.noaa.gov/ost/climate/STIP/FY09CTBSeminars/shukla_021009.pdf (date of access: 07.08.2019).
12. Hoskins B. The potential for skill across the range of the seamless weather‐climate prediction problem: a stimulus for our science // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 2013. Vol. 139, iss. 672. P. 573–584. https://doi.org/10.1002/qj.1991
13. Dyakonov G. S., Ibrayev R. A. Long-term evolution of Caspian Sea thermohaline properties reconstructed in an eddy-resolving ocean general circulation model // Ocean Science. 2019. Vol. 15, iss. 3. P. 527–541. https://doi.org/10.5194/os-15-527-2019
14. Особенности циркуляции вод у восточного берега Среднего Каспия / В. С. Архипкин [и др.] // Водные ресурсы. 1992. № 6. С. 36–43.
15. Griffies S. M., Hallberg R. W. Biharmonic Friction with a Smagorinsky-Like Viscosity for Use in Large-Scale Eddy-Permitting Ocean Models // Monthly Weather Review. 2000. Vol. 128, no. 8. P. 2935–2946. https://doi.org/10.1175/1520-0493(2000)128<2935:BFWASL>2.0.CO;2
16. Усовершенствованная технология прогноза течений и уровня Каспийского моря / С. К. Попов [и др.] // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2013. № 5. С. 53–59.
17. Воспроизведение циркуляции Каспийского моря с расчетом атмосферного воздействия с помощью модели WRF / Н. А. Дианский [и др.] // Труды Карельского научного центра РАН. 2016. № 5. С. 21–34. doi:10.17076/lim310
18. Ибраев Р. А., Курдюмов Д. Г. Чувствительность сезонной изменчивости циркуляции вод Каспийского моря к параметризации вертикального перемешивания в модели гидроди-намики // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2003. Т. 39, № 6. С. 849–856.
19. Косарев А. Н., Тужилкин В. С. Климатические термохалинные поля Каспийского моря. М. : СОРБИС, 1995. 96 с.
20. The ERA-Interim reanalysis: configuration and performance of the data assimilation system / D. P. Dee [et al.] // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 2011. Vol. 137, iss. 656. P. 553–597. doi:10.1002/qj.828
21. Анисимов А. Е., Яровая Д. А., Барабанов В. С. Реанализ атмосферной циркуляции для Черноморско-Каспийского региона // Морской гидрофизический журнал. 2015. № 4. С. 14–28.
22. Практика суперкомпьютера «Ломоносов» / Вл. В. Воеводин [и др.] // Открытые системы СУБД. 2012. № 7. С. 36–39.
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2019; 35: 633-645
Dynamics of the Caspian Sea Waters over the Apsheron Sill in 2003
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2019-6-633-645Abstract
Purpose. The paper is aimed at studying water exchange between the Middle and South Caspian, at assessing its intensity, spatial-temporal structure and variability.
Methods and Results. The study includes the numerical model of the Caspian Sea general circulation; it is of sufficiently high resolution for reproducing mesoscale structure of the currents – 2 km. Due to the model, the Caspian Sea circulation in 2003 was reconstructed and the basic characteristics of water transfer between the Middle and the South Caspian were calculated. This specific year was chosen since in all its months, the wind fields in the Middle and South Caspian water areas were in good agreement with the average climatic ones. The simulated structure of the currents over the Apsheron Sill represents the following pattern: the northward currents are most often formed over the eastern shelf slopes, and the southward ones – over the western shelf slope. The latter are usually more intense and regular. From mid July to October, the easterly winds regularly occur over the Caspian Sea strengthening the northward currents, which, in their turn, transfer relatively salty and warm waters of the South Caspian to its Middle regions along the eastern coast. A fairly stable southward stream resulted from the density gradient between the cold Middle and the warm South Caspian, is located along the western shelf slope at the depths 100–150 m. On the whole, the water flow above the sill is directed from north to south. At that the southward flows are distributed rather evenly throughout the year, whereas the major part of the northward currents’ flow is observed from late July to December.
Conclusions. Since the South Caspian waters on all the depths are warmer and more salty than those in the Middle regions, water exchange between two basins in course of the whole year, contributes to increase both of temperature and salinity in the Middle Caspian, and to their decrease in the South Caspian, respectively. The current-originated salt flows in the region are sufficient to make salinity grow in the Middle Caspian upper layer by 0.5 psu within 100 days, at that the corresponding temperature increase does not exceed 0.01–0.03°C per day. The reverse southward currents transfer relatively fresh water to the South Caspian that lowers salinity of its upper layer by 0.2 psu per month. However, such intense intrusions are noted only in March and December. The impact of these currents on the South Caspian heat balance is more uniform throughout the year and does not exceed 0.17°C/day.
References
1. Ambrosimov A. K. Prostranstvenno-vremennaya izmenchivost' kharakteristik techeniya v glu-bokovodnoi chasti Srednego Kaspiya // Meteorologiya i gidrologiya. 2016. № 1. S. 60–77.
2. Ambrosimov A. K. O tsirkulyatsii vodnykh mass v kotlovine Yuzhnogo Kaspiya // Inzhener-naya fizika. 2018. № 5. S. 108–112. doi:10.25791/infizik.05.2018.019
3. Kompleksnye issledovaniya sistemy Kaspiiskogo morya v 39-m reise nauchno-issledo-vatel'skogo sudna “Rift” / A. K. Ambrosimov [i dr.] // Okeanologiya. 2014. T. 54, № 3. S. 428–432. doi:10.7868/S0030157414020014
4. Kompleksnyi sputnikovyi monitoring morei Rossii / O. Yu. Lavrova [i dr.]. M. : IKI RAN, 2011. 470 s.
5. Kompleksnye issledovaniya sistemy Kaspiiskogo morya v 41-m reise nauchno-issledo-vatel'skogo sudna “Rift” / A. K. Ambrosimov [i dr.] // Okeanologiya. 2014. T. 54, № 5. S. 715–720. doi:10.7868/S0030157414040017
6. Seasonal variability of the Caspian Sea three-dimensional circulation, sea level and air-sea inter-action / R. A. Ibrayev [et al.] // Ocean Science. 2010. Vol. 6, iss. 1. P. 311–329. doi:10.5194/os-6-311-2010
7. Babagoli Matikolaei J., Aliakbari Bidokhti A., Shiea M. Some aspects of the deep abyssal over-flow between the middle and southern basins of the Caspian Sea // Ocean Science. 2019. Vol. 15, iss. 2. P. 459–476. https://doi.org/10.5194/os-15-459-2019
8. Analysis of deep-water exchange in the Caspian Sea based on environmental tracers / F. Peeters [et al.] // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2000. Vol. 47, iss. 4. P. 621–654. https://doi.org/10.1016/S0967-0637(99)00066-7
9. Ibraev R. A., D'yakonov G. S. Modelirovanie dinamiki okeana pri bol'shikh kolebaniyakh urovnya // Izvestiya Rossiiskoi akademii nauk. Fizika atmosfery i okeana. 2016. T. 52, № 4. S. 514–526. doi:10.7868/S0002351516040064
10. D'yakonov G. S., Ibraev R. A. Vosproizvedenie mnogoletnei izmenchivosti urovnya Kas-piiskogo morya v gidrodinamicheskoi modeli vysokogo razresheniya // Okeanologiya. 2018. T. 58, № 1. S. 11–22. doi:10.7868/S0030157418010021
11. Shukla J. Seamless Prediction of Weather and Climate: A New Paradigm for Modeling and Prediction Research // NOAA Climate Test Bed Joint Seminar Series. Camp Springs, Maryland : 2009. 8 p. URL: https://www.nws.noaa.gov/ost/climate/STIP/FY09CTBSeminars/shukla_021009.pdf (date of access: 07.08.2019).
12. Hoskins B. The potential for skill across the range of the seamless weather‐climate prediction problem: a stimulus for our science // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 2013. Vol. 139, iss. 672. P. 573–584. https://doi.org/10.1002/qj.1991
13. Dyakonov G. S., Ibrayev R. A. Long-term evolution of Caspian Sea thermohaline properties reconstructed in an eddy-resolving ocean general circulation model // Ocean Science. 2019. Vol. 15, iss. 3. P. 527–541. https://doi.org/10.5194/os-15-527-2019
14. Osobennosti tsirkulyatsii vod u vostochnogo berega Srednego Kaspiya / V. S. Arkhipkin [i dr.] // Vodnye resursy. 1992. № 6. S. 36–43.
15. Griffies S. M., Hallberg R. W. Biharmonic Friction with a Smagorinsky-Like Viscosity for Use in Large-Scale Eddy-Permitting Ocean Models // Monthly Weather Review. 2000. Vol. 128, no. 8. P. 2935–2946. https://doi.org/10.1175/1520-0493(2000)128<2935:BFWASL>2.0.CO;2
16. Usovershenstvovannaya tekhnologiya prognoza techenii i urovnya Kaspiiskogo morya / S. K. Popov [i dr.] // Zashchita okruzhayushchei sredy v neftegazovom komplekse. 2013. № 5. S. 53–59.
17. Vosproizvedenie tsirkulyatsii Kaspiiskogo morya s raschetom atmosfernogo vozdeistviya s pomoshch'yu modeli WRF / N. A. Dianskii [i dr.] // Trudy Karel'skogo nauchnogo tsentra RAN. 2016. № 5. S. 21–34. doi:10.17076/lim310
18. Ibraev R. A., Kurdyumov D. G. Chuvstvitel'nost' sezonnoi izmenchivosti tsirkulyatsii vod Kaspiiskogo morya k parametrizatsii vertikal'nogo peremeshivaniya v modeli gidrodi-namiki // Izvestiya Rossiiskoi akademii nauk. Fizika atmosfery i okeana. 2003. T. 39, № 6. S. 849–856.
19. Kosarev A. N., Tuzhilkin V. S. Klimaticheskie termokhalinnye polya Kaspiiskogo morya. M. : SORBIS, 1995. 96 s.
20. The ERA-Interim reanalysis: configuration and performance of the data assimilation system / D. P. Dee [et al.] // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 2011. Vol. 137, iss. 656. P. 553–597. doi:10.1002/qj.828
21. Anisimov A. E., Yarovaya D. A., Barabanov V. S. Reanaliz atmosfernoi tsirkulyatsii dlya Chernomorsko-Kaspiiskogo regiona // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2015. № 4. S. 14–28.
22. Praktika superkomp'yutera «Lomonosov» / Vl. V. Voevodin [i dr.] // Otkrytye sistemy SUBD. 2012. № 7. S. 36–39.
