Морской гидрофизический журнал. 2020; 36: 75-87
Результаты долговременного мониторинга вертикальной термической структуры шельфовых вод на Черноморском гидрофизическом полигоне РАН
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2020-1-75-87Аннотация
Цель. Географические и климатические особенности прибрежной зоны Южного берега Крыма определяют большую динамическую активность термической структуры вод. Исследования вертикальной изменчивости температуры при отсутствии доминирующего влияния приливов позволяют уточнить структуру и динамику апвеллингов, а также характеристики волн различного происхождения. Обнаружить и зарегистрировать такие труднопрогнозируемые процессы, временные масштабы которых составляют от нескольких минут до нескольких суток, возможно только путем длительных непрерывных наблюдений. Цель данной работы – анализ результатов долговременного мониторинга термических процессов на гидрофизическом полигоне в прибрежной зоне Южного берега Крыма.
Методы и результаты. В декабре 2012 г. на стационарной платформе, расположенной в прибрежной зоне Черного моря в акватории Голубого залива на расстоянии ~450 м от берега, была установлена телеметрическая система оперативного контроля вертикального распределения температуры воды. Глубина в месте установки ~30 м. В термопрофилирующей линии системы использовались датчики температуры с погрешностью не более 0,1 °C. Среднее расстояние между датчиками – 1,5 м. Период профилирования – 60 с. В течение 6,5 лет эксперимента с системой контроля были получены статистически значимые, уникальные по продолжительности ряды данных об изменчивости термических процессов в прибрежном районе моря. К началу апреля 2019 г. общее время продуктивной работы системы составило ~900 сут, было получено более 1300000 профилей температуры. Приводятся оценки сезонного цикла синоптической термической изменчивости по данным 2013 г. Рассматриваются реализации апвеллингов, не связанных с ветровым воздействием.
Выводы. Полученные в многолетнем эксперименте долговременные ряды данных позволяют не только уточнить, но и изменить некоторые из существующих представлений об особенностях эволюции термических процессов в шельфовой зоне Черного моря. Отмечается целесообразность использования системы наблюдений в качестве сегмента постоянно действующей сети прибрежных полигонов гидрофизических измерений в Черном море.
Список литературы
1. Лисиченок А. Д. Интенсивные внутренние волны в Черном море // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : МГИ НАНУ, 2005. Вып. 12. С. 49–59.
2. Internal wave bore in the shelf zone of the sea / V. Yu. Liapidevskii [et al.] // Journal of Ap-plied Mechanics and Technical Physics. 2017. Vol. 58, iss. 5. P. 809–818. https://doi.org/10.1134/S0021894417050066
3. Внутренние волны на шельфе Черного моря в районе Гераклейского полуострова: моделирование и наблюдение / В. А. Иванов [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 4. С. 322–340. doi:10.22449/0233-7584-2019-4-322-340
4. Pritchard M., Weller R. A. Observations of internal bores and waves of elevation on the New England inner continental shelf during summer 2001 // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2005. Vol. 110, iss. C3. C03020. doi:10.1029/2004JC002377
5. Badiey M., Wan L., Song A. Three-dimensional mapping of evolving internal waves during the Shallow Water 2006 experiment // The Journal of the Acoustical Society of America. 2013. Vol. 134, iss. 1. EL7. P. EL7–EL13. doi:10.1121/1.4804945
6. Serebryany A. Internal waves on a shelf // Hydroacoustics. 2014. Vol. 17, no. 1. P. 187–198. URL: http://yadda.icm.edu.pl/yadda/element/bwmeta1.element.baztech-b5a36445-3bb4-4a8e-ad13-d196625518e9/c/Serebryany.pdf (date of access: 15.01.2020).
7. Observations of nonlinear internal waves at a persistent coastal upwelling front / R. K. Walter [et al.] // Continental Shelf Research. 2016. Vol. 117. P. 100–117. doi:10.1016/j.csr.2016.02.007
8. Statistics of internal tide bores and internal solitary waves observed on the inner continental shelf off Point Sal, California / J. A. Colosi [et. al.] // Journal of Physical Oceanography. 2018. Vol. 48, No. 1. P. 123–143. doi:10.1175/JPO-D-17-0045.1
9. Иванов В. А., Серебряный А. Н. Короткопериодные внутренние волны в прибрежной зоне бесприливного моря // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1985. Т. 21, № 6. С. 648–656.
10. Блатов А. С., Иванов В. А. Гидрология и гидродинамика шельфовой зоны Черного моря (на примере Южного берега Крыма). К. : Наукова думка, 1992. 244 с.
11. Серебряный А. Н., Иванов В. А. Исследования внутренних волн в Черном море с океанографической платформы МГИ // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2013. Т. 6, № 3. С. 34–45.
12. Исследования внутренних волн и течений в Черном море с платформы Морского гидрофизического института летом 2014 г. / А. Н. Серебряный [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : МГИ РАН, 2014. Вып. 28. С. 62–70.
13. Наблюдение цикла интенсивного прибрежного апвеллинга и даунвеллинга на гидрофизическом полигоне ИО РАН в Черном море / А. Г. Зацепин [и др.] // Океанология. 2016. Т. 56, № 2. С. 203–214. doi:10.7868/S0030157416020222
14. Прибрежные апвеллинги в Геленджикском районе Черного моря: связь с ветровым воздействием и течением / К. П. Сильвестрова [и др.] // Океанология. 2017. Т. 57, № 4. С. 521–530. doi:10.7868/S0030157417040013
15. Очередник В. В., Запевалов А. С. Исследование короткопериодной изменчивости поля температуры на Черноморском гидрофизическом полигоне Института океанологии РАН // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2018. Вып. 1. С. 44–49. doi:10.22449/2413-5577-2018-1-44-49
16. A fast and accurate thermistor string / H. van Haren [et. al.] // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2001. Vol. 18, No. 2. P. 256–265. https://doi.org/10.1175/1520-0426(2001)018<0256:AFAATS>2.0.CO;2
17. Nam S., Send U. Direct evidence of deep water intrusions onto the continental shelf via surging internal tides // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2011. Vol. 116, iss. C5. C05004. doi:10.1029/2010JC006692
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2020; 36: 75-87
Results of Long-Term Monitoring of the Shelf Water Vertical Thermal Structure at the Black Sea Hydrophysical Polygon of RAS
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2020-1-75-87Abstract
Purpose. The geographical and climatic features of the Crimean Southern coast condition significant dynamic activity of the water thermal structure. Studies of the temperature vertical variability in the absence of the tides’ dominant affect, permit to specify the upwelling structure and dynamics as well as the characteristics of waves of various origin. Such hardly-forecasted processes, the time scales of which constitute from a few minutes to several days can be revealed and registered only by long-term continuous observations. The aim of the study is to analyze the results of long-term monitoring of the thermal processes in the coastal zone near the Crimean Southern coast. It was performed at the Black Sea hydrophysical scientific polygon.
Methods and Results. In December, 2012 the observation system for operational control of the water temperature vertical distribution was installed at the stationary platform located in the coastal zone of the Black Sea (the Blue Bay) at a distance of ~450 m from the coast. The sea depth under the platform was ~30 m. Digital temperature sensors having precision better than 0.1 °C were installed with 1.5 m intervals in the temperature string of the system. The profiling period was 60 s. The 6.5 year-long experiment with the observation system provided statistically significant and duration-unique serious of data on variability of the thermal processes in the sea coastal region. By early April 2019, total duration of the system productive functioning was ~900 days. In course of this period, more than 1300000 temperature profiles were obtained. Based on the data obtained in 2013, the estimates of a seasonal cycle of the temperature synoptic variability are represented. The upwelling events not related to the wind impact are considered.
Conclusions. The long-term data series resulted from the multi-year experiment permit not only to specify, but also to change some of the existing ideas of the thermal processes’ evolution features in the shelf zone of the Black Sea. Noted is the expediency of applying the observation system as a segment of the constantly operating network at the coastal polygons for performing hydrophysical measurements in the Black Sea.
References
1. Lisichenok A. D. Intensivnye vnutrennie volny v Chernom more // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon i kompleksnoe ispol'zovanie resursov shel'fa. Sevastopol' : MGI NANU, 2005. Vyp. 12. S. 49–59.
2. Internal wave bore in the shelf zone of the sea / V. Yu. Liapidevskii [et al.] // Journal of Ap-plied Mechanics and Technical Physics. 2017. Vol. 58, iss. 5. P. 809–818. https://doi.org/10.1134/S0021894417050066
3. Vnutrennie volny na shel'fe Chernogo morya v raione Gerakleiskogo poluostrova: modelirovanie i nablyudenie / V. A. Ivanov [i dr.] // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2019. T. 35, № 4. S. 322–340. doi:10.22449/0233-7584-2019-4-322-340
4. Pritchard M., Weller R. A. Observations of internal bores and waves of elevation on the New England inner continental shelf during summer 2001 // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2005. Vol. 110, iss. C3. C03020. doi:10.1029/2004JC002377
5. Badiey M., Wan L., Song A. Three-dimensional mapping of evolving internal waves during the Shallow Water 2006 experiment // The Journal of the Acoustical Society of America. 2013. Vol. 134, iss. 1. EL7. P. EL7–EL13. doi:10.1121/1.4804945
6. Serebryany A. Internal waves on a shelf // Hydroacoustics. 2014. Vol. 17, no. 1. P. 187–198. URL: http://yadda.icm.edu.pl/yadda/element/bwmeta1.element.baztech-b5a36445-3bb4-4a8e-ad13-d196625518e9/c/Serebryany.pdf (date of access: 15.01.2020).
7. Observations of nonlinear internal waves at a persistent coastal upwelling front / R. K. Walter [et al.] // Continental Shelf Research. 2016. Vol. 117. P. 100–117. doi:10.1016/j.csr.2016.02.007
8. Statistics of internal tide bores and internal solitary waves observed on the inner continental shelf off Point Sal, California / J. A. Colosi [et. al.] // Journal of Physical Oceanography. 2018. Vol. 48, No. 1. P. 123–143. doi:10.1175/JPO-D-17-0045.1
9. Ivanov V. A., Serebryanyi A. N. Korotkoperiodnye vnutrennie volny v pribrezhnoi zone besprilivnogo morya // Izvestiya AN SSSR. Fizika atmosfery i okeana. 1985. T. 21, № 6. S. 648–656.
10. Blatov A. S., Ivanov V. A. Gidrologiya i gidrodinamika shel'fovoi zony Chernogo morya (na primere Yuzhnogo berega Kryma). K. : Naukova dumka, 1992. 244 s.
11. Serebryanyi A. N., Ivanov V. A. Issledovaniya vnutrennikh voln v Chernom more s okeanograficheskoi platformy MGI // Fundamental'naya i prikladnaya gidrofizika. 2013. T. 6, № 3. S. 34–45.
12. Issledovaniya vnutrennikh voln i techenii v Chernom more s platformy Morskogo gidrofizicheskogo instituta letom 2014 g. / A. N. Serebryanyi [i dr.] // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon i kompleksnoe ispol'zovanie resursov shel'fa. Sevastopol' : MGI RAN, 2014. Vyp. 28. S. 62–70.
13. Nablyudenie tsikla intensivnogo pribrezhnogo apvellinga i daunvellinga na gidrofizicheskom poligone IO RAN v Chernom more / A. G. Zatsepin [i dr.] // Okeanologiya. 2016. T. 56, № 2. S. 203–214. doi:10.7868/S0030157416020222
14. Pribrezhnye apvellingi v Gelendzhikskom raione Chernogo morya: svyaz' s vetrovym vozdeistviem i techeniem / K. P. Sil'vestrova [i dr.] // Okeanologiya. 2017. T. 57, № 4. S. 521–530. doi:10.7868/S0030157417040013
15. Ocherednik V. V., Zapevalov A. S. Issledovanie korotkoperiodnoi izmenchivosti polya temperatury na Chernomorskom gidrofizicheskom poligone Instituta okeanologii RAN // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon morya. 2018. Vyp. 1. S. 44–49. doi:10.22449/2413-5577-2018-1-44-49
16. A fast and accurate thermistor string / H. van Haren [et. al.] // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2001. Vol. 18, No. 2. P. 256–265. https://doi.org/10.1175/1520-0426(2001)018<0256:AFAATS>2.0.CO;2
17. Nam S., Send U. Direct evidence of deep water intrusions onto the continental shelf via surging internal tides // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2011. Vol. 116, iss. C5. C05004. doi:10.1029/2010JC006692
