Морской гидрофизический журнал. 2022; 38: 151-164
Среднемноголетняя сезонная изменчивость прибрежного течения у Южного берега Крыма в 2002–2020 годах
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2022-2-151-164Аннотация
Цель. Основной целью настоящей работы является систематизация новых научных знаний о режиме, закономерностях и особенностях сезонной циркуляции вод прибрежной акватории Черного моря в динамически активной зоне у Южного берега Крыма, полученных за последнее десятилетие по данным многолетнего натурного эксперимента.
Методы и результаты. Современные результаты получены при комплексной обработке и анализе натурных данных мониторинга прибрежных течений за 2002–2020 гг. на Черноморском гидрофизическом подспутниковом полигоне Морского гидрофизического института. Инструментальные измерения выполнялись кластером автономных эйлеровых измерителей течений по верифицированной информационной технологии мониторинга со стационарной океанографической платформы в открытом море на удалении 0,5 км от берега. Материалы сформированной многолетней базы данных мониторинга течений прошли метрологический контроль качества измерений и государственную регистрацию. В прибрежной зоне исследованы характеристики вдольберегового течения западо-юго-западного направления при средней за 19 лет скорости потока 8,1 см/с, максимальной в приповерхностном слое. При распространении вихре-волновых колебаний у побережья происходит трансформация эллиптического вида орбитальной циркуляции в систему вдольбереговых возвратно-поступательных колебания вод соответствующих масштабов, коллинеарных с существующим прибрежным течением. Существование бимодального распределения повторяемости направления вдольберегового течения зависит от интенсивности вклада в циркуляцию вод вихре-волновых возмущений. Бимодальная структура течения возникает при значениях модуля орбитальных скоростей возмущения, бóльших модуля скорости вектора мономодального вдольберегового течения.
Выводы. По результатам спектрального анализа систематизирован энергетический вклад разномасштабных колебаний прибрежных вод в изменчивость стационарного вдольберегового течения у м. Кикинеиз. При анализе среднемноголетних частотных спектров распределения плотности кинетической энергии колебаний вод прибрежного экотона статистически достоверно выделены интенсивные сезонные колебания течения годового периода, а также колебания вблизи второй и третьей годовых гармоник. Показано, что крупномасштабная изменчивость квазистационарного прибрежного течения определяется динамикой вод шельфово-склоновой зоны Черного моря, а на меньших масштабах подвержена влиянию локальных ветровых условий.
Список литературы
1. Оценка уровня антропогенных нагрузок на прибрежные зоны и экотоны Черноморского побережья Украины / В. И. Беляев [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2001. № 1. С. 55–63.
2. Pokazeev K., Sovga E., Chaplina T. Pollution in the Black Sea: Observations about the Ocean’s Pollution. Cham : Springer, 2021. 213 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-61895-7
3. Вопросы теплового и динамического взаимодействия в системе море – атмосфера – суша Черноморского региона / Л. А. Ковешников [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь, 2001. Вып. 3. С. 9–52.
4. Ostrovskii A. G., Zatsepin A. G. Intense ventilation of the Black Sea pycnocline due to vertical turbulent exchange in the Rim Current area // Deep-Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2016. Vol. 116. P. 1–13. doi:10.1016/j.dsr.2016.07.011
5. О влиянии изменчивости течения в глубоководной зоне Черного моря на динамику вод узкого северокавказского шельфа / А. Г. Зацепин [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2016. № 3. С. 16–25. doi:10.22449/0233-7584-2016-3-16-25
6. Vertical structure of currents in the upper part of the continental slope of the Black Sea in the Region of Gelendzhik / A. N. Morozov [et al.] // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2017. Vol. 53, iss. 6. P. 632–640. https://doi.org/1134/S0001433817060093
7. Морозов А. Н. Вертикальная структура сдвигов скорости течения в основном пикноклине Черного моря по данным натурных наблюдений 2016 года // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, № 6. С. 515–522. doi:10.22449/0233-7584-2018-6-515-522
8. Серебряный А. Н., Иванов В. А. Исследование внутренних волн в Черном море с океанографической платформы МГИ // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2013. Т. 6, № 3. С. 34–45.
9. 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
10. Internal Waves Study on a Narrow Steep Shelf of the Black Sea Using the Spatial Antenna of Line Temperature Sensors / A. Serebryany [et al.] // Journal of Marine Science and Engineering. 2020. Vol. 8, iss. 11. 833. doi:10.3390/jmse8110833
11. Горячкин Ю. Н., Иванов В. А. Уровень Черного моря: прошлое, настоящее и будущее. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2006. 210 с. URL: http://mhi-ras.ru/assets/files/uroven_chernogo_morja_-_proshloe_nastojashhee_i_budushhee_2006.pdf (дата обращения: 10.03.2022).
12. Ivanov V. A., Belokopytov V. N. Oceanography of the Black Sea. Sevastopol : ECOSYGidrofizika, 2013. 210 p. URL: https://www.researchgate.net/publication/236853664_Ivanov_VA_Belokopytov_VN_Oceanography_of_the_Black_Sea_National_Academy_of_Sciences_of_Ukraine_Marine_Hydrophysical_Institute_Sevastopol_210_p.(date of access: 10.03.2022).
13. Изменчивость гидрофизических полей Черного моря / А. С. Блатов [и др.] ; под ред. Б. А. Нелепо. Л. : Гидрометеоиздат, 1984. 240 с. URL: http://elib.rshu.ru/files_books/pdf/img-417200757.pdf (дата обращения: 11.03.2022).
14. О внутригодовой изменчивости течений на шельфе Кавказского побережья Черного моря / В. Г. Кривошея [и др.] // Океанология. 1980. Т. 20, № 1. С. 34–36.
15. Овчинников И. М., Титов В. Б., Кривошея В. Г. Новые данные о временной изменчивости течений по результатам многолетних измерений со стабилизированного буя на шельфе Черного моря // Доклады АН СССР. 1986. Т. 286, № 5. С. 1250–1254.
16. Овчинников И. М., Титов В. Б. Антициклоническая завихренность течений в прибрежной зоне Черного моря // Доклады АН СССР. 1990. Т. 314, № 5. С. 1236–1239.
17. Титов В. Б. Статистические характеристики и изменчивость течений на западном шельфе Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 1991. № 2. С. 41–47.
18. Латун В. С. Структура течений вблизи Южного берега Крыма // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2001. Вып. 3. С. 53–56.
19. Новые данные о режиме течений на шельфе северо-восточной части Черного моря / В. Г. Кривошея [и др.] // Океанология. 2001. Т. 41, № 3. С. 325–334.
20. Белокопытов В. Н., Саркисов А. А., Щуров С. В. Течения прибрежной зоны на участке Крымского полуострова от мыса Сарыч до поселка Кацивели // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2003. Вып. 8. С. 64–68.
21. Кривошея В. Г., Москаленко Л. В., Титов В. Б. К вопросу о режиме течений на шельфе у Северо-Кавказского побережья Черного моря // Океанология. 2004. Т. 44, № 3. С. 358–363.
22. Кузнецов А. С., Иванов В. А., Зима В. В. Особенности мезомасштабной динамики вод у Южного побережья Крыма в 2008–2016 гг. // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2017. Вып. 1. С. 32–39.
23. Ivanov V. A., Kuznetsov A. S., Morozov A. N. Monitoring Coastal Water Circulation along the South Coast of Crimea // Doklady Earth Sciences. 2019. Vol. 485, iss. 2. P. 405–408.doi:10.1134/S1028334X19040044
24. Кузнецов А. С., Зима В. В., Щербаченко С. В. Изменчивость характеристик прибрежного течения у Южного берега Крыма в 2017–2019 гг. // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2020. № 3. С. 5–16. doi:10.22449/2413-5577-2020-3-5-16
25. Кузнецов А. С. Структура бимодальности направления прибрежного течения у Южного берега Крыма в 2002–2008 гг. // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2020. № 4. С. 78–88. doi:10.22449/2413-5577-2020-4-78-88
26. Мониторинг прибрежной зоны на Черноморском экспериментальном подспутниковом полигоне / Под ред. В. А. Иванова, В. А. Дулова. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2014. 526 с.
27. Кузнецов А. С., Иванов В. А., Зима В. В. Особенности динамики течений у Южного берега Крыма и перспективы использования информационной технологии полигонных исследований // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь, 2014. Вып. 28. С. 42–50.
28. Кузнецов А. С. Система оценки качества векторных данных и возможности антенных измерений течений // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2018. Вып. 1. С. 50–57. doi:10.22449/2413-5577-2018-1-50-57
29. Seasonal, interannual, and mesoscale variability of the Black Sea upper layer circulation derived from altimeter data / G. Korotaev [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2003. Vol. 108, iss. C4. 3122. doi:10.1029/2002JC001508
30. Серебряный А. Н., Лаврова О. Ю. Антициклонический вихрь на шельфе северо-восточной части Черного моря: совместный анализ космических снимков и данных акустического зондирования толщи моря // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2008. Т. 5, № 2. С. 206–215.
31. Demyshev S. G., Evstigneeva N. A. Modeling Meso- and Sub-Mesoscale Circulation Along the Eastern Crimean Coast Using Numerical Calculations // Izvestiya, Atmospheric and Ocean Physics. 2016. Vol. 52, iss. 5. P. 560–569. doi:10.1134/S0001433816050042
32. Иванов В. А., Янковский А. Е. Динамика вод на шельфе Крыма в летний сезон // Морской гидрофизический журнал. 1994. № 3. С. 38–56.
33. Korotaev G. K., Saenko O. A., Koblinsky C. J. Satellite altimetry observations of the Black Sea level // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2001. Vol. 106, iss. C1. P. 917–933. https://doi.org/10.1029/2000JC900120
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2022; 38: 151-164
Mean Long-Term Seasonal Variability of the Coastal Current at the Crimea Southern Coast in 2002–2020
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2022-2-151-164Abstract
Purpose. The study is aimed at systematizing a new scientific knowledge on the regime, regularities and features of seasonal water circulation in the Black Sea coastal zone, i.e. in the dynamically active area near the Southern coast of Crimea. The data for the past decade were obtained in course of a longterm in situ experiment.
Methods and Results. The presented results were obtained by means of complex processing and analyzing the data on the currents monitored at the Black Sea hydrophysical sub-satellite test site of Marine Hydrophysical Institute of RAS in 2002–2020. Instrumental measurements were performed by a cluster of the autonomous Euler current meters using a verified monitoring information technology from a stationary oceanographic platform in the deep sea at a distance 0.5 km from the coast. The information of the generated long-term currents monitoring database has been confirmed by the metrological control of measurements quality and has got state registration. In the coastal zone, parameters of the alongcoastal current directed to the west-south-west were studied at the average (for 19 years) flow velocity 8.1 cm/s which was maximal in the near-surface layer. When the eddy-wave oscillations propagate near the coast, the elliptical orbital circulation is transformed into a system of the along-coastal reciprocal water oscillations of the corresponding scales which are collinear to the existing coastal current. The existence of a bimodal distribution of occurrence frequency of the along-coastal current direction depends on intensity of contribution of the eddy-wave disturbances to water circulation. The bimodal structure of a current arises at such modulus values of the perturbation orbital velocities that exceed the one of the velocity vector of the monomodal along-coastal current.
Conclusions. Based on the results of spectral analysis, the energy contribution of the coastal water different-scale fluctuations to variability of the stationary along-coastal current near the Cape Kikineiz was systematized. Analysis of the long-term average frequency spectra of distribution of the kinetic energy density of water oscillations in the coastal ecotone permitted to identify statistically reliably the intense seasonal current fluctuations for an annual period, as well as the fluctuations near the second and third annual harmonics. It is shown that large-scale variability of the quasi-stationary coastal current is controlled by water dynamics in the shelf-slope zone of the Black Sea, whereas on smaller scales, it is affected by influence of the local wind conditions.
References
1. Otsenka urovnya antropogennykh nagruzok na pribrezhnye zony i ekotony Chernomorskogo poberezh'ya Ukrainy / V. I. Belyaev [i dr.] // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2001. № 1. S. 55–63.
2. Pokazeev K., Sovga E., Chaplina T. Pollution in the Black Sea: Observations about the Ocean’s Pollution. Cham : Springer, 2021. 213 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-61895-7
3. Voprosy teplovogo i dinamicheskogo vzaimodeistviya v sisteme more – atmosfera – susha Chernomorskogo regiona / L. A. Koveshnikov [i dr.] // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon i kompleksnoe ispol'zovanie resursov shel'fa. Sevastopol', 2001. Vyp. 3. S. 9–52.
4. Ostrovskii A. G., Zatsepin A. G. Intense ventilation of the Black Sea pycnocline due to vertical turbulent exchange in the Rim Current area // Deep-Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2016. Vol. 116. P. 1–13. doi:10.1016/j.dsr.2016.07.011
5. O vliyanii izmenchivosti techeniya v glubokovodnoi zone Chernogo morya na dinamiku vod uzkogo severokavkazskogo shel'fa / A. G. Zatsepin [i dr.] // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2016. № 3. S. 16–25. doi:10.22449/0233-7584-2016-3-16-25
6. Vertical structure of currents in the upper part of the continental slope of the Black Sea in the Region of Gelendzhik / A. N. Morozov [et al.] // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2017. Vol. 53, iss. 6. P. 632–640. https://doi.org/1134/S0001433817060093
7. Morozov A. N. Vertikal'naya struktura sdvigov skorosti techeniya v osnovnom piknokline Chernogo morya po dannym naturnykh nablyudenii 2016 goda // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2018. T. 34, № 6. S. 515–522. doi:10.22449/0233-7584-2018-6-515-522
8. Serebryanyi A. N., Ivanov V. A. Issledovanie vnutrennikh voln v Chernom more s okeanograficheskoi platformy MGI // Fundamental'naya i prikladnaya gidrofizika. 2013. T. 6, № 3. S. 34–45.
9. 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
10. Internal Waves Study on a Narrow Steep Shelf of the Black Sea Using the Spatial Antenna of Line Temperature Sensors / A. Serebryany [et al.] // Journal of Marine Science and Engineering. 2020. Vol. 8, iss. 11. 833. doi:10.3390/jmse8110833
11. Goryachkin Yu. N., Ivanov V. A. Uroven' Chernogo morya: proshloe, nastoyashchee i budushchee. Sevastopol' : EKOSI-Gidrofizika, 2006. 210 s. URL: http://mhi-ras.ru/assets/files/uroven_chernogo_morja_-_proshloe_nastojashhee_i_budushhee_2006.pdf (data obrashcheniya: 10.03.2022).
12. Ivanov V. A., Belokopytov V. N. Oceanography of the Black Sea. Sevastopol : ECOSYGidrofizika, 2013. 210 p. URL: https://www.researchgate.net/publication/236853664_Ivanov_VA_Belokopytov_VN_Oceanography_of_the_Black_Sea_National_Academy_of_Sciences_of_Ukraine_Marine_Hydrophysical_Institute_Sevastopol_210_p.(date of access: 10.03.2022).
13. Izmenchivost' gidrofizicheskikh polei Chernogo morya / A. S. Blatov [i dr.] ; pod red. B. A. Nelepo. L. : Gidrometeoizdat, 1984. 240 s. URL: http://elib.rshu.ru/files_books/pdf/img-417200757.pdf (data obrashcheniya: 11.03.2022).
14. O vnutrigodovoi izmenchivosti techenii na shel'fe Kavkazskogo poberezh'ya Chernogo morya / V. G. Krivosheya [i dr.] // Okeanologiya. 1980. T. 20, № 1. S. 34–36.
15. Ovchinnikov I. M., Titov V. B., Krivosheya V. G. Novye dannye o vremennoi izmenchivosti techenii po rezul'tatam mnogoletnikh izmerenii so stabilizirovannogo buya na shel'fe Chernogo morya // Doklady AN SSSR. 1986. T. 286, № 5. S. 1250–1254.
16. Ovchinnikov I. M., Titov V. B. Antitsiklonicheskaya zavikhrennost' techenii v pribrezhnoi zone Chernogo morya // Doklady AN SSSR. 1990. T. 314, № 5. S. 1236–1239.
17. Titov V. B. Statisticheskie kharakteristiki i izmenchivost' techenii na zapadnom shel'fe Chernogo morya // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 1991. № 2. S. 41–47.
18. Latun V. S. Struktura techenii vblizi Yuzhnogo berega Kryma // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon i kompleksnoe ispol'zovanie resursov shel'fa. Sevastopol' : EKOSI-Gidrofizika, 2001. Vyp. 3. S. 53–56.
19. Novye dannye o rezhime techenii na shel'fe severo-vostochnoi chasti Chernogo morya / V. G. Krivosheya [i dr.] // Okeanologiya. 2001. T. 41, № 3. S. 325–334.
20. Belokopytov V. N., Sarkisov A. A., Shchurov S. V. Techeniya pribrezhnoi zony na uchastke Krymskogo poluostrova ot mysa Sarych do poselka Katsiveli // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon i kompleksnoe ispol'zovanie resursov shel'fa. Sevastopol' : EKOSI-Gidrofizika, 2003. Vyp. 8. S. 64–68.
21. Krivosheya V. G., Moskalenko L. V., Titov V. B. K voprosu o rezhime techenii na shel'fe u Severo-Kavkazskogo poberezh'ya Chernogo morya // Okeanologiya. 2004. T. 44, № 3. S. 358–363.
22. Kuznetsov A. S., Ivanov V. A., Zima V. V. Osobennosti mezomasshtabnoi dinamiki vod u Yuzhnogo poberezh'ya Kryma v 2008–2016 gg. // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon morya. Sevastopol' : EKOSI-Gidrofizika, 2017. Vyp. 1. S. 32–39.
23. Ivanov V. A., Kuznetsov A. S., Morozov A. N. Monitoring Coastal Water Circulation along the South Coast of Crimea // Doklady Earth Sciences. 2019. Vol. 485, iss. 2. P. 405–408.doi:10.1134/S1028334X19040044
24. Kuznetsov A. S., Zima V. V., Shcherbachenko S. V. Izmenchivost' kharakteristik pribrezhnogo techeniya u Yuzhnogo berega Kryma v 2017–2019 gg. // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon morya. 2020. № 3. S. 5–16. doi:10.22449/2413-5577-2020-3-5-16
25. Kuznetsov A. S. Struktura bimodal'nosti napravleniya pribrezhnogo techeniya u Yuzhnogo berega Kryma v 2002–2008 gg. // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon morya. 2020. № 4. S. 78–88. doi:10.22449/2413-5577-2020-4-78-88
26. Monitoring pribrezhnoi zony na Chernomorskom eksperimental'nom podsputnikovom poligone / Pod red. V. A. Ivanova, V. A. Dulova. Sevastopol' : EKOSI-Gidrofizika, 2014. 526 s.
27. Kuznetsov A. S., Ivanov V. A., Zima V. V. Osobennosti dinamiki techenii u Yuzhnogo berega Kryma i perspektivy ispol'zovaniya informatsionnoi tekhnologii poligonnykh issledovanii // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon i kompleksnoe ispol'zovanie resursov shel'fa. Sevastopol', 2014. Vyp. 28. S. 42–50.
28. Kuznetsov A. S. Sistema otsenki kachestva vektornykh dannykh i vozmozhnosti antennykh izmerenii techenii // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon morya. 2018. Vyp. 1. S. 50–57. doi:10.22449/2413-5577-2018-1-50-57
29. Seasonal, interannual, and mesoscale variability of the Black Sea upper layer circulation derived from altimeter data / G. Korotaev [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2003. Vol. 108, iss. C4. 3122. doi:10.1029/2002JC001508
30. Serebryanyi A. N., Lavrova O. Yu. Antitsiklonicheskii vikhr' na shel'fe severo-vostochnoi chasti Chernogo morya: sovmestnyi analiz kosmicheskikh snimkov i dannykh akusticheskogo zondirovaniya tolshchi morya // Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2008. T. 5, № 2. S. 206–215.
31. Demyshev S. G., Evstigneeva N. A. Modeling Meso- and Sub-Mesoscale Circulation Along the Eastern Crimean Coast Using Numerical Calculations // Izvestiya, Atmospheric and Ocean Physics. 2016. Vol. 52, iss. 5. P. 560–569. doi:10.1134/S0001433816050042
32. Ivanov V. A., Yankovskii A. E. Dinamika vod na shel'fe Kryma v letnii sezon // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 1994. № 3. S. 38–56.
33. Korotaev G. K., Saenko O. A., Koblinsky C. J. Satellite altimetry observations of the Black Sea level // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2001. Vol. 106, iss. C1. P. 917–933. https://doi.org/10.1029/2000JC900120
