Морской гидрофизический журнал. 2021; 37: 645-658
Свободные короткопериодные внутренние волны в арктических морях России
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2021-6-645-658Аннотация
Цель. Цель данной работы – исследование зависимости вертикальной структуры и фазовых характеристик свободных короткопериодных внутренних волн (ВВ) от стратификации плотности в Баренцевом, Карском, Лаптевых и Восточно-Сибирском морях.
Методы и результаты. В результате решения основной краевой задачи типа Штурма – Лиувилля рассчитаны амплитуды вертикальной составляющей скорости, собственные частоты и собственные периоды первой моды внутренних волн. Для расчета поля плотности использовались данные реанализа World Ocean Atlas 2018 о температуре и солености за период 1955–2017 гг. с разрешением 0,25 × 0,25°. Проанализирована связь вертикальной структуры и дисперсионных свойств внутренних волн с распределением плотности по глубине. Показано, что осредненная по акватории моря глубина залегания максимума амплитуды вертикальной составляющей скорости ВВ в Баренцевом и Карском морях составляет в середине зимы ∼ 90 м и ∼ 75–80 м летом, в море Лаптевых и Восточно-Сибирском море ∼ 60 м в течение всего года.
Выводы. В месяцы максимальных градиентов плотности наблюдаются самые высокочастотные и самые короткопериодные ВВ. Максимальная устойчивость вод в Баренцевом море наступает в июле – августе, в Карском – в июле – сентябре и ноябре, в море Лаптевых – в июне, ноябре, в Восточно-Сибирском море – в июле. В эти же месяцы наблюдаются максимальные значения осредненных собственных частот, минимальные значения осредненных собственных периодов и амплитуд вертикальной составляющей скорости внутренних волн.
Список литературы
1. Morozov E. G. Oceanic Internal Tides: Observations, Analysis and Modeling. A Global View. Springer International Publishing, 2018. 304 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-73159-9
2. Поверхностные и внутренние волны в арктических морях / Под ред. И. В. Лавренова, Е. Г. Морозова. СПб. : Гидрометеоиздат, 2002. 362 с.
3. Морозов Е. Г., Пака В. Т. Внутренние волны в высокоширотном бассейне // Океанология. 2010. Т. 50, № 5. С. 709–715.
4. Внутренние волны на склоне желоба острова Медвежий по данным эксперимента «Полярный фронт Баренцева моря (BSPF-92)» / Г. И. Козубская [и др.] // Океанология. 1999. Т. 39, № 2. С. 165–173.
5. World Ocean Atlas 2018. Volume 1: Temperature // R. A. Locarnini [et al.] ; Techn. ed. A. Mishonov. Silver Spring, MD : U.S. Department of Commerce, 2019. 52 p. (NOAA Atlas NESDIS ; No. 81). URL: https://www.ncei.noaa.gov/sites/default/files/2021-03/woa18_vol1.pdf (date of access: 31.10.2021).
6. World Ocean Atlas 2018. Volume 2: Salinity / M. M. Zweng [et al.] ; A. Mishonov (technical ed.). Silver Spring, MD : U.S. Department of Commerce, 2019. 50 p. (NOAA Atlas NESDIS ; No. 82). URL: https://www.ncei.noaa.gov/sites/default/files/2020-04/woa18_vol2.pdf (date of access: 31.10.2021).
7. 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.
8. Краусс В. Внутренние волны. Л. : Гидрометеоиздат, 1968. 272 с.
9. Миропольский Ю. З. Динамика внутренних гравитационных волн в океане. Л. : Гидрометеоиздат, 1981. 302 с.
10. 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.
11. Трансформация бризера внутренних волн первой моды над вертикальным уступом в трехслойной жидкости / П. В. Лобовиков [и др.] // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2019. Т. 55, № 6. С. 182–193. https://doi.org/10.31857/S0002-3515556182-193
12. 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: 29.10.2021).
13. Тимофеев В. Т. Устойчивость вод Баренцева моря // Проблемы Арктики. Л. : Изд-во Главсевморпути, 1946. Вып. 3. С. 5–37.
14. Букатов А. А., Павленко Е. А., Соловей Н. М. Региональные особенности распределения частоты Вяйсяля – Брента в морях Лаптевых и Восточно-Сибирском // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 5. С. 437–448. doi:10.22449/0233-7584-2019-5-437-448
15. Добровольский А. Д., Залогин Б. С. Моря СССР. М. : Изд-во МГУ, 1982. 192 с.
16. Доронин Ю. П., Хейсин Д. Е. Морской лед. Л. : Гидрометеоиздат, 1975. С. 8–12.
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2021; 37: 645-658
Free Short-Period Internal Waves in the Arctic Seas of Russia
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2021-6-645-658Abstract
Purpose. The aim of the work is to investigate vertical structure and phase characteristics of free short-period internal waves (IW), and to assess their dependence on density stratification in the Barents, Kara, Laptev and East Siberian seas.
Methods and Results. Solving the main boundary problem of the Sturm-Liouville theory has resulted in calculating the amplitudes of velocity vertical component, own frequencies and periods of the first mode of internal waves. The density field was calculated using the reanalysis data (World Ocean Atlas 2018) on temperature and salinity for 1955–2017 with a resolution 0.25°× 0.25°. The relation between the internal waves’ vertical structure and dispersion features, and the density depth distribution was analyzed. It is shown that the averaged over the sea area depth of the maximum amplitude of the IW velocity vertical component in the Barents and Kara seas is ∼ 90 m in the mid winter and ∼ 75–80 m in summer, and in the Laptev and East Siberian seas – ∼ 60 m throughout the whole year.
Conclusions. In the months when the density gradients are maximal, the internal waves of the highest frequency and the shortest period are observed. The maximum water stability in the Barents Sea takes place in July – August, in the Kara Sea – in July – September and November, in the Laptev Sea – in June, November, and in the East Siberian Sea – in July. Just in the same months, the maximum values of the averaged own frequencies, and the minimum values of the averaged own periods and amplitudes of the vertical component of the internal waves’ velocity are observed.
References
1. Morozov E. G. Oceanic Internal Tides: Observations, Analysis and Modeling. A Global View. Springer International Publishing, 2018. 304 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-73159-9
2. Poverkhnostnye i vnutrennie volny v arkticheskikh moryakh / Pod red. I. V. Lavrenova, E. G. Morozova. SPb. : Gidrometeoizdat, 2002. 362 s.
3. Morozov E. G., Paka V. T. Vnutrennie volny v vysokoshirotnom basseine // Okeanologiya. 2010. T. 50, № 5. S. 709–715.
4. Vnutrennie volny na sklone zheloba ostrova Medvezhii po dannym eksperimenta «Polyarnyi front Barentseva morya (BSPF-92)» / G. I. Kozubskaya [i dr.] // Okeanologiya. 1999. T. 39, № 2. S. 165–173.
5. World Ocean Atlas 2018. Volume 1: Temperature // R. A. Locarnini [et al.] ; Techn. ed. A. Mishonov. Silver Spring, MD : U.S. Department of Commerce, 2019. 52 p. (NOAA Atlas NESDIS ; No. 81). URL: https://www.ncei.noaa.gov/sites/default/files/2021-03/woa18_vol1.pdf (date of access: 31.10.2021).
6. World Ocean Atlas 2018. Volume 2: Salinity / M. M. Zweng [et al.] ; A. Mishonov (technical ed.). Silver Spring, MD : U.S. Department of Commerce, 2019. 50 p. (NOAA Atlas NESDIS ; No. 82). URL: https://www.ncei.noaa.gov/sites/default/files/2020-04/woa18_vol2.pdf (date of access: 31.10.2021).
7. 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.
8. Krauss V. Vnutrennie volny. L. : Gidrometeoizdat, 1968. 272 s.
9. Miropol'skii Yu. Z. Dinamika vnutrennikh gravitatsionnykh voln v okeane. L. : Gidrometeoizdat, 1981. 302 s.
10. 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.
11. Transformatsiya brizera vnutrennikh voln pervoi mody nad vertikal'nym ustupom v trekhsloinoi zhidkosti / P. V. Lobovikov [i dr.] // Izvestiya RAN. Fizika atmosfery i okeana. 2019. T. 55, № 6. S. 182–193. https://doi.org/10.31857/S0002-3515556182-193
12. 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: 29.10.2021).
13. Timofeev V. T. Ustoichivost' vod Barentseva morya // Problemy Arktiki. L. : Izd-vo Glavsevmorputi, 1946. Vyp. 3. S. 5–37.
14. Bukatov A. A., Pavlenko E. A., Solovei N. M. Regional'nye osobennosti raspredeleniya chastoty Vyaisyalya – Brenta v moryakh Laptevykh i Vostochno-Sibirskom // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2019. T. 35, № 5. S. 437–448. doi:10.22449/0233-7584-2019-5-437-448
15. Dobrovol'skii A. D., Zalogin B. S. Morya SSSR. M. : Izd-vo MGU, 1982. 192 s.
16. Doronin Yu. P., Kheisin D. E. Morskoi led. L. : Gidrometeoizdat, 1975. S. 8–12.
