Морской гидрофизический журнал. 2020; 36: 20-30
Оценка связи дисперсионных свойств свободных внутренних волн и вертикальной структуры поля плотности в Баренцевом и Карском морях
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2020-1-20-30Аннотация
Цель. Целью работы является исследование пространственно-временных зависимостей дисперсионных свойств короткопериодных свободных внутренних волн от вертикальной структуры поля плотности в Баренцевом и Карском морях.
Методы и результаты. На основе линеаризованных уравнений движения идеальной несжимаемой непрерывно стратифицированной жидкости исследованы дисперсионные свойства свободных внутренних волн в Баренцевом и Карском морях. В результате решения основной краевой задачи типа Штурма – Лиувилля рассчитаны собственные частоты пяти низших мод и собственный период первой моды внутренних волн. Для расчета поля плотности использовались данные реанализа World Ocean Atlas 2013 о температуре и солености с 1955 по 2012 гг. с разрешением 0,25° × 0,25°. Выполнен анализ связи дисперсионных свойств свободных внутренних волн и вертикальной структуры поля плотности, проведено сравнение дисперсионных характеристик внутренних волн в Баренцевом и Карском морях.
Выводы. В месяцы максимальных градиентов плотности наблюдаются самые высокочастотные и самые короткопериодные внутренние волны. Во внутригодовом цикле максимум оcредненной частоты плавучести по глубине в Баренцевом море достигает наибольших значений в июле и августе (≈ 0,02 c-1), в Карском море – с июля по сентябрь (≈ 0,055 c-1) и в ноябре (≈ 0,058 c-1). В эти же месяцы отмечаются максимальные значения осредненных собственных частот и минимальные значения осредненного собственного периода внутренних волн. Так, для длины волны 1000 м наибольшая осредненная собственная частота первой моды и наи-меньший осредненный собственный период первой моды в Баренцевом море составляют 0,0025 с-1 и 45 мин, в Карском море – 0,0038 с-1 и 30 мин соответственно.
Список литературы
1. Поверхностные и внутренние волны в арктических морях / Под ред. И. В. Лавренова, Е. Г. Морозова. СПб. : Гидрометеоиздат. 2002. 362 с.
2. Букатов А. Е. Внутренние волны, генерируемые в море со слоем скачка плотности периодическими колебаниями участка дна // Морские гидрофизические исследования. 1974. № 1. С. 44–52. URL: https://istina.msu.ru/download/24669320/1iT3bx:049odt8Qk9gdSiPrvVJnnzLj1uM (дата обращения: 08.11.2019).
3. Букатов А. Е. Волны в море с плавающим ледяным покровом. Севастополь : ФГБУН МГИ, 2017. 360 с.
4. Некоторые результаты анализа короткопериодических внутренних волн / А. Е. Букатов [и др.] // Морские гидрофизические исследования. 1977. Т. 79, № 4. С. 250–261. URL: https://istina.msu.ru/download/82807687/1iT3fU:5Lw1dgWKOk-5zxZkw5UnhqA5p4s/ (дата обращения: 08.11.2019).
5. Tomczak M. Über interne Wellen in der Nähe der Trägheitsperiode // Deutsche Hydrogra-phische Zeitschrift. 1968. Vol. 21, iss. 4. P. 145–151. https://doi.org/10.1007/BF02307727
6. Morozov E. G. Oceanic Internal Tides: Observations, Analysis and Modeling. Springer, 2018. 304 p. doi:10.1007/978-3-319-73159-9
7. Морозов Е. Г., Пака В. Т. Внутренние волны в высокоширотном бассейне // Океанология. 2010. Т. 50, № 5. С. 709–715.
8. World Ocean Atlas 2013. Volume 1: Temperature / R. A. Locarnini [et al.] ; S. Levitus (ed.); A. Mishonov (technical ed.). Silver Spring, MD : U.S. Department of Commerce, 2013. 40 pp. (NOAA Atlas NESDIS 73). URL: http://data.nodc.noaa.gov/woa/WOA13/DOC/woa13_vol1.pdf (date of access: 08.11.2019).
9. World Ocean Atlas 2013. Volume 2: Salinity / M. M. Zweng [et al.] ; S. Levitus (ed.); A. Mishonov (technical ed.). Silver Spring, MD : U.S. Department of Commerce, 2013. 39 pp. (NOAA Atlas NESDIS 74). URL: http://data.nodc.noaa.gov/woa/WOA13/DOC/woa13_vol2.pdf (date of access: 08.11.2019).
10. Букатов А. Е., Соловей Н. М. Оценка связи вертикальной структуры поля плотности и характеристик внутренних волн с крупномасштабной атмосферной циркуляцией в акваториях Перуанского и Бенгельского апвеллингов // Процессы в геосредах. 2017. № 2. C. 485–490.
11. Миропольский Ю. З. Динамика внутренних гравитационных волн в океане. Л. : Гидрометеоиздат, 1981. 302 с.
12. Гриценко В. А., Красицкий В. П. Об одном способе расчета дисперсионных соотношений и собственных функций внутренних волн в океане по данным натурных измерений // Океанология. 1982. Т. 22, № 4. С. 545–549.
13. Козлов И. Е., Кудрявцев В. Н., Сандвен С. Некоторые результаты исследования внутренних волн в Баренцевом море методами радиолокационного зондирования из космоса // Проблемы Арктики и Антарктики. 2010. № 3. С. 60–69. URL: http://www.aari.ru/misc/publicat/paa/PAA-86/PAA86-06(60-69).pdf (дата обращения: 08.11.2019).
14. Горбацкий Г. В. Физико-географическое районирование Арктики. Ч. 2: Полоса окраинных морей с островами. Л. : Изд-во ЛГУ, 1970. 120 с.
15. Петров К. М. Принципы физико-географической дифференциации арктических морей: Карское море // Известия Российской академии наук. Серия географическая. 2008. № 6. С. 19–30.
16. Букатов А. А., Павленко Е. А., Соловей Н. М. Особенности пространственно-временной изменчивости частоты Вяйсяля-Брента в Баренцевом и Карском морях // Процессы в геосредах. 2018. № 3. С. 1004–1013.
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2020; 36: 20-30
Estimation of the Relation between the Dispersion Features of Free Internal Waves and the Density Field Vertical Structure in the Barents and Kara Seas
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2020-1-20-30Abstract
Purpose. The aim of the paper is to investigate spatial-temporal dependences of the dispersion features of short-period free internal waves on the density field vertical structure in the Barents and Kara seas.
Methods and Results. Based on the linearized equations of motion of the ideal incompressible and continuously stratified fluid, the dispersion features of free internal waves in the Barents and Kara seas were studied. Solution of the main boundary problem of the Sturm-Liouville type made it possible to obtain the own frequencies of five lowest modes and the own period of the internal waves’ first mode. To calculate the density field, the World Ocean Atlas 2013 reanalysis data on temperature and salinity for 1955–2012 with resolution 0.25° × 0.25° were applied. The relation between the dispersion features of free internal waves and the density field vertical structure was analyzed, and dispersion characteristics of theinternal waves in the Barents and Kara seas were compared.
Conclusions. During the months when the density gradients are maximal, the internal waves of the highest frequency and the shortest period are observed. Among the intra-year maximums of the buoyancy depth-averaged frequency, the highest values (≈ 0.02 s-1) are observed in the Barents Sea in July and August, and those of the Kara Sea – in July–September (≈ 0.055 s-1) and in November (≈ 0.058 s-1). In the same months, noted are the maximum values of the averaged natural frequencies and the minimum values of the averaged own period of the internal waves. Thus, for the wavelength 1000 m, the highest averaged own frequency and the smallest averaged own period of the first mode in the Barents Sea constitute 0.0025 s-1 and 45 min., and those in the Kara Sea – 0.0038 s-1 and 30 min, respectively.
References
1. Poverkhnostnye i vnutrennie volny v arkticheskikh moryakh / Pod red. I. V. Lavrenova, E. G. Morozova. SPb. : Gidrometeoizdat. 2002. 362 s.
2. Bukatov A. E. Vnutrennie volny, generiruemye v more so sloem skachka plotnosti periodicheskimi kolebaniyami uchastka dna // Morskie gidrofizicheskie issledovaniya. 1974. № 1. S. 44–52. URL: https://istina.msu.ru/download/24669320/1iT3bx:049odt8Qk9gdSiPrvVJnnzLj1uM (data obrashcheniya: 08.11.2019).
3. Bukatov A. E. Volny v more s plavayushchim ledyanym pokrovom. Sevastopol' : FGBUN MGI, 2017. 360 s.
4. Nekotorye rezul'taty analiza korotkoperiodicheskikh vnutrennikh voln / A. E. Bukatov [i dr.] // Morskie gidrofizicheskie issledovaniya. 1977. T. 79, № 4. S. 250–261. URL: https://istina.msu.ru/download/82807687/1iT3fU:5Lw1dgWKOk-5zxZkw5UnhqA5p4s/ (data obrashcheniya: 08.11.2019).
5. Tomczak M. Über interne Wellen in der Nähe der Trägheitsperiode // Deutsche Hydrogra-phische Zeitschrift. 1968. Vol. 21, iss. 4. P. 145–151. https://doi.org/10.1007/BF02307727
6. Morozov E. G. Oceanic Internal Tides: Observations, Analysis and Modeling. Springer, 2018. 304 p. doi:10.1007/978-3-319-73159-9
7. Morozov E. G., Paka V. T. Vnutrennie volny v vysokoshirotnom basseine // Okeanologiya. 2010. T. 50, № 5. S. 709–715.
8. World Ocean Atlas 2013. Volume 1: Temperature / R. A. Locarnini [et al.] ; S. Levitus (ed.); A. Mishonov (technical ed.). Silver Spring, MD : U.S. Department of Commerce, 2013. 40 pp. (NOAA Atlas NESDIS 73). URL: http://data.nodc.noaa.gov/woa/WOA13/DOC/woa13_vol1.pdf (date of access: 08.11.2019).
9. World Ocean Atlas 2013. Volume 2: Salinity / M. M. Zweng [et al.] ; S. Levitus (ed.); A. Mishonov (technical ed.). Silver Spring, MD : U.S. Department of Commerce, 2013. 39 pp. (NOAA Atlas NESDIS 74). URL: http://data.nodc.noaa.gov/woa/WOA13/DOC/woa13_vol2.pdf (date of access: 08.11.2019).
10. Bukatov A. E., Solovei N. M. Otsenka svyazi vertikal'noi struktury polya plotnosti i kharakteristik vnutrennikh voln s krupnomasshtabnoi atmosfernoi tsirkulyatsiei v akvatoriyakh Peruanskogo i Bengel'skogo apvellingov // Protsessy v geosredakh. 2017. № 2. C. 485–490.
11. Miropol'skii Yu. Z. Dinamika vnutrennikh gravitatsionnykh voln v okeane. L. : Gidrometeoizdat, 1981. 302 s.
12. Gritsenko V. A., Krasitskii V. P. Ob odnom sposobe rascheta dispersionnykh sootnoshenii i sobstvennykh funktsii vnutrennikh voln v okeane po dannym naturnykh izmerenii // Okeanologiya. 1982. T. 22, № 4. S. 545–549.
13. Kozlov I. E., Kudryavtsev V. N., Sandven S. Nekotorye rezul'taty issledovaniya vnutrennikh voln v Barentsevom more metodami radiolokatsionnogo zondirovaniya iz kosmosa // Problemy Arktiki i Antarktiki. 2010. № 3. S. 60–69. URL: http://www.aari.ru/misc/publicat/paa/PAA-86/PAA86-06(60-69).pdf (data obrashcheniya: 08.11.2019).
14. Gorbatskii G. V. Fiziko-geograficheskoe raionirovanie Arktiki. Ch. 2: Polosa okrainnykh morei s ostrovami. L. : Izd-vo LGU, 1970. 120 s.
15. Petrov K. M. Printsipy fiziko-geograficheskoi differentsiatsii arkticheskikh morei: Karskoe more // Izvestiya Rossiiskoi akademii nauk. Seriya geograficheskaya. 2008. № 6. S. 19–30.
16. Bukatov A. A., Pavlenko E. A., Solovei N. M. Osobennosti prostranstvenno-vremennoi izmenchivosti chastoty Vyaisyalya-Brenta v Barentsevom i Karskom moryakh // Protsessy v geosredakh. 2018. № 3. S. 1004–1013.
