Морской гидрофизический журнал. 2022; 38: 185-195
Наблюдения внутренних волн второй моды в Белом и Баренцевом морях
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2022-2-185-195Аннотация
Цель. Описание комплексной методики выделения внутренних волн второй моды и рассмотрение случаев их регистрации в ходе летних экспедиционных исследований, выполненных в прибрежных районах Белого и Баренцева морей, – цель данной работы.
Методы и результаты. Исходными данными послужили многочасовые серии CTD-измерений c высокой дискретностью по времени в прибрежных стратифицированных районах в летние сезоны 2009–2017 гг. Рассматривались волны длительностью 5–60 мин с высотами более 1 м. Обработка наблюдений велась с использованием комплекса вейвлет- и модового анализов. Кроссвейвлет-спектр вертикальных смещений изотерм демонстрировал статистически значимое увеличение взаимной спектральной мощности с полной противофазностью, связанное со второй модой внутренних волн. Положения максимумов амплитуды волн второй моды на записях колебаний изотерм дополнительно проверялись путем расчета гидростатических нормальных вертикальных мод. Показано, что в приповерхностном сезонном пикноклине Белого моря внутренние волны второй моды регистрировались в виде одиночных волн «растяжения» со средней длительностью 10 мин и амплитудой 2 м. В Баренцевом море внутренние волны второй моды регистрировались в виде как одиночных волн «растяжения», так и последовательных волн «сжатия» и «растяжения» со средней длительностью 20 мин и амплитудой до 1,5 м. Установлено, что перемежаемость внутренних волн второй моды в рассмотренных районах Белого и Баренцева морей не превышает 1%.
Выводы. В результате анализа шестилетнего архива данных экспедиционных наблюдений впервые описаны случаи регистрации внутренних волн второй моды в Белом и Баренцевом морях. Анализ более 350 ч записей колебаний температуры позволил обнаружить лишь 5 случаев проявления внутренних волн второй моды в виде волн «растяжения» и «сжатия» суммарной длительностью не более 1,5 ч, что указывает на крайне редкую частоту встречаемости таких волн на описанных акваториях.
Список литературы
1. Коняев К. В., Сабинин К. Д. Волны внутри океана. СПб. : Гидрометеоиздат, 1992. 271 с.
2. О разработке цифрового атласа наблюдений внутренних волн в Мировом океане / А. С. Епифанова [и др.] // Труды НГТУ им. Р. Е. Алексеева. 2019. № 4 (127). С. 17–26. doi:10.46960/1816-210X_2019_4_17
3. Convex and concave types of second baroclinic mode internal solitary waves / Y. J. Yang [et al.] // Nonlinear Processes in Geophysics. 2010. Vol. 17, iss. 6. P. 605–614. doi:10.5194/npg-17-605-2010
4. Observations of second baroclinic mode internal solitary waves on the continental slope of the northern South China Sea / Y. J. Yang [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2009. Vol. 114, iss. C10. C10003. doi:10.1029/2009jc005318
5. Konyaev K. V., Sabinin K. D., Serebryany A. N. Large-amplitude internal waves at the Mascarene Ridge in the Indian Ocean // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 1995. Vol. 42, iss. 11–12. P. 2075–2081. https://doi.org/10.1016/0967-0637(95)00067-4
6. Da Silva J. C. B., New A. L., Magalhaes J. M. On the structure and propagation of internal solitary waves generated at the Mascarene Plateau in the Indian Ocean // Deep-Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2011. Vol. 58, iss. 3. P. 229–240. doi:10.1016/J.DSR.2010.12.003
7. Magalhaes J. M., da Silva J. C. B., Buijsman M. C. Long lived second mode internal solitary waves in the Andaman Sea // Scientific Reports. 2020. Vol. 10. 10234. doi:10.1038/s41598-020-66335-9
8. Shroyer E. L., Moum J., Nash J. D. Mode 2 waves on the continental shelf: Ephemeral components of the nonlinear internal wavefield // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2010. Vol. 115, iss. C7. C07001. doi:10.1029/2009JC005605
9. Серебряный А. Н., Химченко Е. Е. Внутренние волны второй моды в Черном море //Доклады Академии наук. 2019. Т. 488, № 5. С. 555–559. doi:10.31857/S0869-56524885555-559
10. Vlasenko V., Stashchuk N., Hutter K. Baroclinic tides: Theoretical Modeling and Observational Evidence. Cambridge : Cambridge University Press, 2005. 351 p. doi:10.1017/CBO9780511535932
11. Зимин А. В. Субприливные процессы и явления в Белом море. М. : ГЕОС, 2018. 220 с.
12. Свергун Е. И., Зимин А. В. Оценка повторяемости интенсивных внутренних волн в Белом и Баренцевом морях по данным экспедиционных исследований // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2017. Т. 10, № 2. С. 13–19. doi:10.7868/S2073667317020022
13. Зимин А. В., Свергун Е. И. Короткопериодные внутренние волны в шельфовых районах Белого, Баренцева и Охотского морей: оценка повторяемости экстремальных высот и динамических эффектов в придонном слое // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2018. Т. 11, № 4. С. 66–72. doi:10.7868/S207366731804
14. Жегулин Г. В. Оценка статистической взаимосвязи гидрологических и гидрооптических характеристик по данным измерения короткопериодных внутренних волн в глубоководном районе Баренцева моря // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2019. Т. 12, № 1. С. 85–94. doi:10.7868/S2073667319010106
15. Kelly S. M. The Vertical Mode Decomposition of Surface and Internal Tides in the Presence of a Free Surface and Arbitrary Topography // Journal of Physical Oceanography. 2016. Vol. 46, iss. 12. P. 3777–3788. doi:10.1175/jpo-d-16-0131.1
16. Internal-Tide Spectroscopy and Prediction in the Timor Sea / S. M. Kelly [et al.] // Journal of Physical Oceanography. 2015. Vol. 45, iss. 1. P. 64–83. doi:10.1175/JPO-D-14-0007.1
17. Жегулин Г. В., Зимин А. В., Родионов А. А. Анализ дисперсионных зависимостей и вертикальной структуры внутренних волн в Белом море по экспериментальным данным //Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2016. Т. 9, № 4. С. 47–59.
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2022; 38: 185-195
Observations of the Second Mode Internal Waves in the White and Barents Seas
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2022-2-185-195Abstract
Purpose. The purpose of the work is to describe a comprehensive technique for detecting the second mode internal waves, and to consider the cases of their record during the in situ measurements carried out in the coastal areas of the White and Barents seas in summer.
Methods and Results. The initial data were formed based on the series of frequent many-hour CTD measurements performed in the coastal stratified areas in the summer seasons, 2009–2017. The waves, duration of which was 5–60 min and the heights exceeded 1 m, were considered. The observations were processed using the complex of wavelet- and mode-analyses. The cross-wavelet spectrum of the isotherms’ vertical displacements demonstrated a statistically significant increase in the cross-spectral power with a complete phase mismatch associated with the second mode of internal waves. The positions of the amplitude maxima of the second mode internal waves on the records of the isotherm oscillations were additionally checked by calculating the hydrostatic normal vertical modes. It is shown that in the near-surface seasonal pycnocline of the White Sea, the second mode internal waves were recorded as the single “convex” ones with average duration 10 min and amplitude 2 m. In the Barents Sea, such waves were observed both as the single “convex” waves, and as the “concave” and “convex” sequential ones with average duration 20 min and amplitude up to 1.5 m. It was established that in the considered areas of the White and Barents seas, the intermittency of the second mode internal waves did not exceed 1%.
Conclusions. Analysis of the archival data on the six-year-long in situ observations has resulted in first description of the cases when the second mode internal waves had been recorded in the White and Barents seas. Having been analyzed, more than 350-hour records of temperature fluctuations permitted to detect only 5 cases demonstrating the second mode internal waves in a form of the “convex” and “concave” ones with their total duration not exceeding 1.5 hours. This indicates that occurrence of such waves are extremely rare in the water areas under consideration.
References
1. Konyaev K. V., Sabinin K. D. Volny vnutri okeana. SPb. : Gidrometeoizdat, 1992. 271 s.
2. O razrabotke tsifrovogo atlasa nablyudenii vnutrennikh voln v Mirovom okeane / A. S. Epifanova [i dr.] // Trudy NGTU im. R. E. Alekseeva. 2019. № 4 (127). S. 17–26. doi:10.46960/1816-210X_2019_4_17
3. Convex and concave types of second baroclinic mode internal solitary waves / Y. J. Yang [et al.] // Nonlinear Processes in Geophysics. 2010. Vol. 17, iss. 6. P. 605–614. doi:10.5194/npg-17-605-2010
4. Observations of second baroclinic mode internal solitary waves on the continental slope of the northern South China Sea / Y. J. Yang [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2009. Vol. 114, iss. C10. C10003. doi:10.1029/2009jc005318
5. Konyaev K. V., Sabinin K. D., Serebryany A. N. Large-amplitude internal waves at the Mascarene Ridge in the Indian Ocean // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 1995. Vol. 42, iss. 11–12. P. 2075–2081. https://doi.org/10.1016/0967-0637(95)00067-4
6. Da Silva J. C. B., New A. L., Magalhaes J. M. On the structure and propagation of internal solitary waves generated at the Mascarene Plateau in the Indian Ocean // Deep-Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2011. Vol. 58, iss. 3. P. 229–240. doi:10.1016/J.DSR.2010.12.003
7. Magalhaes J. M., da Silva J. C. B., Buijsman M. C. Long lived second mode internal solitary waves in the Andaman Sea // Scientific Reports. 2020. Vol. 10. 10234. doi:10.1038/s41598-020-66335-9
8. Shroyer E. L., Moum J., Nash J. D. Mode 2 waves on the continental shelf: Ephemeral components of the nonlinear internal wavefield // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2010. Vol. 115, iss. C7. C07001. doi:10.1029/2009JC005605
9. Serebryanyi A. N., Khimchenko E. E. Vnutrennie volny vtoroi mody v Chernom more //Doklady Akademii nauk. 2019. T. 488, № 5. S. 555–559. doi:10.31857/S0869-56524885555-559
10. Vlasenko V., Stashchuk N., Hutter K. Baroclinic tides: Theoretical Modeling and Observational Evidence. Cambridge : Cambridge University Press, 2005. 351 p. doi:10.1017/CBO9780511535932
11. Zimin A. V. Subprilivnye protsessy i yavleniya v Belom more. M. : GEOS, 2018. 220 s.
12. Svergun E. I., Zimin A. V. Otsenka povtoryaemosti intensivnykh vnutrennikh voln v Belom i Barentsevom moryakh po dannym ekspeditsionnykh issledovanii // Fundamental'naya i prikladnaya gidrofizika. 2017. T. 10, № 2. S. 13–19. doi:10.7868/S2073667317020022
13. Zimin A. V., Svergun E. I. Korotkoperiodnye vnutrennie volny v shel'fovykh raionakh Belogo, Barentseva i Okhotskogo morei: otsenka povtoryaemosti ekstremal'nykh vysot i dinamicheskikh effektov v pridonnom sloe // Fundamental'naya i prikladnaya gidrofizika. 2018. T. 11, № 4. S. 66–72. doi:10.7868/S207366731804
14. Zhegulin G. V. Otsenka statisticheskoi vzaimosvyazi gidrologicheskikh i gidroopticheskikh kharakteristik po dannym izmereniya korotkoperiodnykh vnutrennikh voln v glubokovodnom raione Barentseva morya // Fundamental'naya i prikladnaya gidrofizika. 2019. T. 12, № 1. S. 85–94. doi:10.7868/S2073667319010106
15. Kelly S. M. The Vertical Mode Decomposition of Surface and Internal Tides in the Presence of a Free Surface and Arbitrary Topography // Journal of Physical Oceanography. 2016. Vol. 46, iss. 12. P. 3777–3788. doi:10.1175/jpo-d-16-0131.1
16. Internal-Tide Spectroscopy and Prediction in the Timor Sea / S. M. Kelly [et al.] // Journal of Physical Oceanography. 2015. Vol. 45, iss. 1. P. 64–83. doi:10.1175/JPO-D-14-0007.1
17. Zhegulin G. V., Zimin A. V., Rodionov A. A. Analiz dispersionnykh zavisimostei i vertikal'noi struktury vnutrennikh voln v Belom more po eksperimental'nym dannym //Fundamental'naya i prikladnaya gidrofizika. 2016. T. 9, № 4. S. 47–59.
