Морской гидрофизический журнал. 2019; 35: 322-340
Внутренние волны на шельфе Черного моря в районе Гераклейского полуострова: моделирование и наблюдение
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2019-4-322-340Аннотация
Цель. Работа посвящена совместному анализу спутниковых наблюдений поверхностных проявлений пакетов внутренних волн вблизи Крымского побережья и результатов численного исследования влияния сезонных термохалинных условий и рельефа черноморского шельфа на их структуру, динамику и интенсификацию.
Методы и результаты. На основании анализа данных дистанционного зондирования с помощью сенсоров высокого разрешения спутников Landsat-8, Sentinel-2 и теоретических оценок определены основные пространственно-временные характеристики внутренних волн в районе шельфа Черного моря вблизи Гераклейского полуострова. С помощью данных судовых измерений температуры и солености за период 1951–2008 гг. из банка океанографических данных Морского гидрофизического института и спутниковых измерений исследована структура плотностной стратификации воды и получены профили частоты плавучести в районе склонно-шельфового участка, простирающегося от Евпатории до Ялты. Построены профили вертикальной скорости внутренних волн первых трех мод на шельфе. Установлено, что фазовая скорость внутренних волн первой моды в глубинной части моря на исследованных разрезах изменяется в диапазоне 2,6–5,0 м/с, волн второй моды – в диапазоне 1,1–2,3 м/с, волн третьей моды – в диапазоне 0,7–1,4 м/с. Обнаруженные по спутниковым данным волны имели среднее значение длины 0,4 км, самые длинные волны, около 1,1 км, отмечались чаще всего между Евпаторией и Севастополем с преобладающим северо-восточным направлением распространения. В пределах одного цуга также имела место дисперсия волн с уменьшением длины волны до 0,1–0,3 км.
Выводы. Высказанное предположение о причине генерации интенсивных внутренних волн, обусловленной взаимодействием струи Основного Черноморского течения с кромкой шельфа, подтвердилось результатами численных расчетов. Пространственно-временные характеристики внутренних волн, обобщающие данные дистанционного зондирования и результаты моделирования, позволяют оценить вертикальный обмен на шельфе, делают возможным нахождение глубины залегания максимума частоты Вяйсяля – Брента.
Список литературы
1. 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.
2. Acoustic tomography at shelf of the Black Sea / V. V. Goncharov [et al.] // Acoustical Physics. 2012. Vol. 58, iss. 5. P. 562–570. doi:10.1134/S1063771012030050
3. Subsatellite polygon for studying hydrophysical processes in the Black Sea shelf-slope zone / A. G. Zatsepin [et al.] // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2014. Vol. 50, no. 1. P. 13–25. doi:10.1134/S0001433813060157
4. 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.
5. Генерация интенсивных короткопериодных внутренних волн во фронтальной зоне прибрежного апвеллинга / В. И. Власенко [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 1997. № 3. С. 3–16.
6. Kao T. W., Pao H. P., Park C. Surface Intrusions, Fronts, and Internal Waves: A Numerical Study // Journal of Geophysical Research. 1978. Vol. 83, no. C9. P. 4641–4650. doi:10.1029/JC083iC09p04641
7. Space monitoring of pollution of the Russian sector of the Azov-Black Sea basin in 2008 / A. I. Bedritskii [et al.] // Russian Meteorology and Hydrology. 2009. Vol. 34, iss. 3. P: 137– 147. doi:10.3103/S1068373909030017
8. Surface Manifestations of Internal Waves Induced by a Subsurface Buoyant Jet (Experiment and Theory) / V. G. Bondur [et al.] // The Ocean in Motion. Springer International Publishing AG, 2018. P. 67–85. doi:10.1007/978-3-319-71934-4_8
9. Bulatov V. V., Vladimirov Y. V. Internal Gravity Waves in Horizontally Inhomogeneous Ocean // The Ocean in Motion. Springer International Publishing AG, 2018. P. 109–126. doi:10.1007/978-3-319-71934-4_10
10. Изучение гидродинамических процессов в шельфовой зоне на основе спутниковой информации и данных подспутниковых измерений / О. Ю. Лаврова [и др.] // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12, № 5. С. 98–129.
11. Lavrova O., Mityagina M. Satellite Survey of Internal Waves in the Black and Caspian Seas // Remote Sensing. 2017. Vol. 9, iss. 9. P. 892–918. doi:10.3390/rs9090892
12. Dulov V. A., Yurovskaya M. V., Kozlov I. E. Coastal Zone of Sevastopol on High Resolution Satellite Images // Physical Oceanography. 2015. No. 6. P. 39–54. doi:10.22449/1573-160X-2015-6-39-54
13. Серебряный А. Н. Слико- и сулоеобразующие явления в море. Внутренние волны // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2012. Т. 9, № 2. С. 275–286.
14. Федоров К. Н., Гинзбург А. И. Явления на поверхности океана по визуальным наблюдениям // Океанология. 1986. Т. XXVI, вып. 1. С. 5–14.
15. Satellite Observations of Surface Manifestations of Internal Waves in the Caspian Sea / O. Yu. Lavrova [et al.] // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2011. Vol. 47, no. 9. P. 1119–1126. doi:10.1134/S000143381109009X
16. Mityagina M. I., Lavrova O. Y., Karimova S. S. Multi-sensor survey of seasonal variability in coastal eddy and internal wave signatures in the north-eastern Black Sea // International Journal of Remote Sensing. 2010. Vol. 31, no. 17–18. P. 4779–4790. doi:10.1080/01431161.2010.485151
17. Lavrova O. Yu., Mityagina M. I., Sabinin K. D. Study of internal wave generation and propagation features in non-tidal seas based on satellite synthetic aperture radar data // Doklady Earth Sciences. 2011. Vol. 436, iss. 1. P. 165–169. doi:10.1134/S1028334X11010272
18. Yankovsky A. E., Zhang T. Scattering of a Semidiurnal Barotropic Kelvin Wave into Internal Waves over Wide Continental Shelves // Journal of Physical Oceanography. 2017. Vol. 47. P. 2545–2562. doi:10.1175/JPO-D-16-0284.1
19. Mysak L. A. Recent Advances in Shelf Wave Dynamics // Reviews of Geophysics and Space Physics. 1980. Vol. 18, no. 1. P. 211–241. doi:10.1029/RG018i001p00211
20. Белокопытов В. Н., Шокурова И. Г. Оценки междесятилетней изменчивости температуры и солености в Черном море в период 1951–1995 гг. // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2005. № 12. С. 12–21.
21. Информационные ресурсы банка океанографических данных ФГБУН МГИ для поддержки экологических исследований прибрежной зоны Черного моря / Е. В. Жук [и др.] // Экология. Экономика. Информатика: Сборник статей в 2-х т. Т. 2: Геоинформационные технологии и космический мониторинг. Вып. 1. Ростов-на-Дону : ЮНЦ РАН, 2016. С. 81–92.
22. Fofonoff N. P., Millard R. C. Jr. Algorithms for computation of fundamental properties of seawater. UNESCO technical papers in marine science 44. UNESCO, 1983. 53 p. URL: http://unesdoc.unesco.org/images/0005/000598/059832eb.pdf (дата обращения: 15.09.2018).
23. Garrett C., Munk W. Internal Waves in the Ocean // Annual Review of Fluid Mechanics. 1979. Vol. 11. P. 339–369. doi:10.1146/annurev.fl.11.010179.002011
24. Коняев К. В., Сабинин К. Д. Волны внутри океана. СПб. : Гидрометеоиздат, 1992. 272 с.
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2019; 35: 322-340
Internal Waves on the Black Sea Shelf near the Heracles Peninsula: Modeling and Observation
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2019-4-322-340Abstract
Purpose. The purpose consists in joint analysis of satellite observations of the internal waves surface manifestations near the Crimean coast, and the results of numerical simulation of influence of seasonal thermohaline conditions and the Black Sea shelf relief on their structure, dynamics and intensification.
Methods and Results. Based on the analysis of remote sensing data using high-resolution sensors of the Landsat-8, Sentinel-2 satellites and the theoretical estimates, the main spatial and temporal characteristics of the internal waves on the Black Sea shelf near the Herakles Peninsula were determined. Due to the temperature and salinity data obtained from the vessel measurements in 1951–2008 from the Oceanographic Data Bank of Marine Hydrophysical Institute and the satellite measurements, the structure of the density stratification of water was investigated, and the buoyancy frequency profiles in the shelf and slope area from Yevpatoria to Yalta were obtained. The vertical velocity profiles of internal waves of the first three modes on the shelf were constructed. It was revealed that phase velo city of the internal waves of the first mode in the deep-sea part on the studied sections varied within the range 2.6–5 m/s, the waves of the second mode – within 1.1–2.3 m/s, and the waves of the third mode – within 0.7–1.4 m/s. The average length of the waves detected from the satellite data was 0.4 km; the longest waves, about 1.1 km, observed most often between Yevpatoria and Sevastopol, propagated predominantly to the northeast. Within the same train, wave dispersion also occurred resulting in the wavelength diminution to 0.1–0.3 km.
Conclusions. The stated assumption on the cause of generation of intense internal waves conditioned by interaction of the Rim Current jet with the shelf edge was confirmed by the results of numerical calculations. Spatial and temporal characteristics of the internal waves, the integrated data of remote sensing and the simulation results make it possible to estimate vertical exchange at the shelf and to determine the depth of the maximal Väisäl – Brent frequency.
References
1. 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.
2. Acoustic tomography at shelf of the Black Sea / V. V. Goncharov [et al.] // Acoustical Physics. 2012. Vol. 58, iss. 5. P. 562–570. doi:10.1134/S1063771012030050
3. Subsatellite polygon for studying hydrophysical processes in the Black Sea shelf-slope zone / A. G. Zatsepin [et al.] // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2014. Vol. 50, no. 1. P. 13–25. doi:10.1134/S0001433813060157
4. 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.
5. Generatsiya intensivnykh korotkoperiodnykh vnutrennikh voln vo frontal'noi zone pribrezhnogo apvellinga / V. I. Vlasenko [i dr.] // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 1997. № 3. S. 3–16.
6. Kao T. W., Pao H. P., Park C. Surface Intrusions, Fronts, and Internal Waves: A Numerical Study // Journal of Geophysical Research. 1978. Vol. 83, no. C9. P. 4641–4650. doi:10.1029/JC083iC09p04641
7. Space monitoring of pollution of the Russian sector of the Azov-Black Sea basin in 2008 / A. I. Bedritskii [et al.] // Russian Meteorology and Hydrology. 2009. Vol. 34, iss. 3. P: 137– 147. doi:10.3103/S1068373909030017
8. Surface Manifestations of Internal Waves Induced by a Subsurface Buoyant Jet (Experiment and Theory) / V. G. Bondur [et al.] // The Ocean in Motion. Springer International Publishing AG, 2018. P. 67–85. doi:10.1007/978-3-319-71934-4_8
9. Bulatov V. V., Vladimirov Y. V. Internal Gravity Waves in Horizontally Inhomogeneous Ocean // The Ocean in Motion. Springer International Publishing AG, 2018. P. 109–126. doi:10.1007/978-3-319-71934-4_10
10. Izuchenie gidrodinamicheskikh protsessov v shel'fovoi zone na osnove sputnikovoi informatsii i dannykh podsputnikovykh izmerenii / O. Yu. Lavrova [i dr.] // Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2015. T. 12, № 5. S. 98–129.
11. Lavrova O., Mityagina M. Satellite Survey of Internal Waves in the Black and Caspian Seas // Remote Sensing. 2017. Vol. 9, iss. 9. P. 892–918. doi:10.3390/rs9090892
12. Dulov V. A., Yurovskaya M. V., Kozlov I. E. Coastal Zone of Sevastopol on High Resolution Satellite Images // Physical Oceanography. 2015. No. 6. P. 39–54. doi:10.22449/1573-160X-2015-6-39-54
13. Serebryanyi A. N. Sliko- i suloeobrazuyushchie yavleniya v more. Vnutrennie volny // Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2012. T. 9, № 2. S. 275–286.
14. Fedorov K. N., Ginzburg A. I. Yavleniya na poverkhnosti okeana po vizual'nym nablyudeniyam // Okeanologiya. 1986. T. XXVI, vyp. 1. S. 5–14.
15. Satellite Observations of Surface Manifestations of Internal Waves in the Caspian Sea / O. Yu. Lavrova [et al.] // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2011. Vol. 47, no. 9. P. 1119–1126. doi:10.1134/S000143381109009X
16. Mityagina M. I., Lavrova O. Y., Karimova S. S. Multi-sensor survey of seasonal variability in coastal eddy and internal wave signatures in the north-eastern Black Sea // International Journal of Remote Sensing. 2010. Vol. 31, no. 17–18. P. 4779–4790. doi:10.1080/01431161.2010.485151
17. Lavrova O. Yu., Mityagina M. I., Sabinin K. D. Study of internal wave generation and propagation features in non-tidal seas based on satellite synthetic aperture radar data // Doklady Earth Sciences. 2011. Vol. 436, iss. 1. P. 165–169. doi:10.1134/S1028334X11010272
18. Yankovsky A. E., Zhang T. Scattering of a Semidiurnal Barotropic Kelvin Wave into Internal Waves over Wide Continental Shelves // Journal of Physical Oceanography. 2017. Vol. 47. P. 2545–2562. doi:10.1175/JPO-D-16-0284.1
19. Mysak L. A. Recent Advances in Shelf Wave Dynamics // Reviews of Geophysics and Space Physics. 1980. Vol. 18, no. 1. P. 211–241. doi:10.1029/RG018i001p00211
20. Belokopytov V. N., Shokurova I. G. Otsenki mezhdesyatiletnei izmenchivosti temperatury i solenosti v Chernom more v period 1951–1995 gg. // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon i kompleksnoe ispol'zovanie resursov shel'fa. 2005. № 12. S. 12–21.
21. Informatsionnye resursy banka okeanograficheskikh dannykh FGBUN MGI dlya podderzhki ekologicheskikh issledovanii pribrezhnoi zony Chernogo morya / E. V. Zhuk [i dr.] // Ekologiya. Ekonomika. Informatika: Sbornik statei v 2-kh t. T. 2: Geoinformatsionnye tekhnologii i kosmicheskii monitoring. Vyp. 1. Rostov-na-Donu : YuNTs RAN, 2016. S. 81–92.
22. Fofonoff N. P., Millard R. C. Jr. Algorithms for computation of fundamental properties of seawater. UNESCO technical papers in marine science 44. UNESCO, 1983. 53 p. URL: http://unesdoc.unesco.org/images/0005/000598/059832eb.pdf (data obrashcheniya: 15.09.2018).
23. Garrett C., Munk W. Internal Waves in the Ocean // Annual Review of Fluid Mechanics. 1979. Vol. 11. P. 339–369. doi:10.1146/annurev.fl.11.010179.002011
24. Konyaev K. V., Sabinin K. D. Volny vnutri okeana. SPb. : Gidrometeoizdat, 1992. 272 s.
