Морской гидрофизический журнал. 2022; 38: 567-584
Эволюция субмезомасштабных циклонов на периферии Батумского антициклона по данным численного моделирования
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2022-6-567-584Аннотация
Цель. Цель работы – исследовать характеристики и эволюцию субмезомасштабных циклонических вихрей, присоединенных к Батумскому антициклону.
Методы и результаты. На основе результатов численного моделирования по данным модели NEMO за 2008–2009 гг. с использованием алгоритма автоматической идентификации вихрей получены данные об эволюции динамической и термохалинной структуры таких вихрей, причинах их образования и диссипации. В период нахождения Батумского антициклона в 2008 г. на его периферии зафиксировано семь выраженных устойчивых субмезомасштабных циклонических вихрей округлой формы. Время жизни некоторых вихрей достигает 20 дней, аномалии завихренности в них могут достигать глубин 200 м, а вертикальные скорости составлять более чем 10 м/сут.
Выводы. Субмезомасштабные циклонические вихри образуются при интенсификации Батумского антициклона и смещении его на запад к мысу Фенер. В результате увеличения сдвига скорости при взаимодействии Батумского антициклона с мысом формируется область положительной завихренности, которая в ряде случаев трансформируется в субмезомасштабный циклонический вихрь. Далее такие вихри отрываются от берега и двигаются вдоль периферии Батумского антициклона в антициклоническом направлении. Наибольшая энергия субмезомасштабных циклонических вихрей наблюдается в момент образования, после чего происходит их медленная диссипация, связанная с процессом их вытягивания из-за сдвига скорости на периферии Батумского антициклона. Этот процесс постепенно усиливается при ослаблении циклонического вихря и приводит к трансформации вихря в вихревую нить.
Список литературы
1. McWilliams J. C. Submesoscale currents in the ocean // Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2016. Vol. 472, iss. 2189. 20160117. doi:10.1098/rspa.2016.0117
2. Коротаев Г. К., Шутяев В. П. Численное моделирование циркуляции океана со сверхвысоким пространственным разрешением // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2020. Т. 56, № 3. С. 334–346. EDN SNQGGC. doi:10.31857/S0002351520030104
3. Примеры мезомасштабного и субмезомасштабного численного вихреразрешающего моделирования океана / Е. В. Станев [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 6. С. 691 –719. EDN EZPKUK. doi:10.22449/0233-7584-2020-6-691 -719
4. Пузина О. С., Кубряков А. А., Мизюк А. И. Сезонная и вертикальная изменчивость энергии течений в субмезомасштабном диапазоне на шельфе и в центральной части Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37, № 1. С. 41 –56. EDN COEHRO. doi:10.22449/0233-7584-2021 -1 -41 -56
5. Влияние субмезомасштабных вихрей на перенос взвешенного вещества в прибрежной зоне Крыма по данным БПЛА, спутниковых и контактных измерений / А. А. Кубряков [и др .] // Океанология. 2021. Т. 61, № 2. С. 182–197. EDN VZKVBX. doi:10.31857/S0030157421020106
6. Characteristics of topographic submesoscale eddies off the Crimea coast from high-resolution satellite optical measurements / A. Aleskerova [et al.] // Ocean Dynamics. 2021. Vol. 71. P. 655–677. https://doi.org/10.1 007/s10236-021 -01458-9
7. Mahadevan A. The impact of submesoscale physics on primary productivity of plankton // Annual Review of Marine Science. 2016. Vol. 8. P. 161 –184. https://doi.org/10.1146/annurevmarine-010814-015912
8. Микаэлян А. С., Зацепин А. Г., Кубряков А. А. Воздействие мезомасштабной вихревой динамики на биопродуктивность морских экосистем (обзор) // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 6. С. 646–675. EDN BOHNKV. doi:10.22449/0233-7584-2020-6-646-675
9. Демышев С. Г., Евстигнеева Н. А. Моделирование мезо- и субмезомасштабных особенностей циркуляции у восточного берега Крыма на основе численного расчета // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2016. Т. 52, № 5. С. 628–638. EDN WORWMR. doi:10.7868/S0002351516050047
10. Субмезомасштабные вихри на Кавказском шельфе Черного моря и порождающие их механизмы / А. Г. Зацепин [и др.] // Океанология. 2011. Т. 51, № 4. С. 592–605. EDN NXXEQF.
11. Physical mechanisms of submesoscale eddies generation: evidences from laboratory modeling and satellite data in the Black Sea / A. Zatsepin [et al.] // Ocean Dynamics. 2019. Vol. 69, iss. 2. P. 253–266. doi:10.1007/s10236-018-1239-4
12. Brannigan L. Intense submesoscale upwelling in anticyclonic eddies // Geophysical Research 13. Submesoscale instabilities in mesoscale eddies / L. Brannigan [et al.] // Journal of Physical Oceanography. 2017. Vol. 47, iss. 12. P. 3061 –3085. doi:10.1175/JPO-D-16-0178.1
13. Иванов В. А., Белокопытов В. Н. Океанография Черного моря. Севастополь, 2011. 212 с. EDN XPERZR.
14. Кубряков А. А., Станичный С. В. Динамика Батумского антициклона по спутниковым данным // Морской гидрофизический журнал. 2015. № 2 (182). С. 67–78. EDN VDVDDX. doi:10.22449/0233-7584-2015-2-67-78
15. Кубряков А. А., Станичный С. В. Синоптические вихри в Черном море по данным спутниковой альтиметрии // Океанология. 2015. Т. 55, № 1. С. 65–77. EDN TGWBIX. doi:10.7868/S0030157415010104
16. NEMO ocean engine / G. Madec [et al.]. IPSL, 2016. 386 p. (Note du pôle de modélisation IPSL ; no. 27). URL: http://www.nemo-ocean.eu/doc/ (date of access: 10.09.2019).
17. Долгопериодная изменчивость термохалинных характеристик Азовского моря на основе численной вихреразрешающей модели / А. И. Мизюк [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 5. С. 496–510. EDN XHZXAR. doi:10.22449/0233-7584-2019-5-496-510
18. Мизюк А. И., Коротаев Г. К. Черноморские внутрипикноклинные линзы по результатам численного моделирования циркуляции бассейна // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2020. Т. 56, № 1. С. 112–122. EDN MHXSSO. doi:10.31857/S0002351520010101
19. Weiss J. The dynamics of enstrophy transfer in two-dimensional hydrodynamics // Physica D: Nonlinear Phenomena. 1991. Vol. 48, iss. 2–3. P. 273–294. https://doi.org/10.1016/0167-2789(91)90088-Q
20. Белоненко Т. В., Шоленинова П. В. Об идентификации синоптических вихрей по спутниковым данным на примере акватории северо-западной части Тихого океана // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13, № 5. С. 79–90. EDN XAEWOB. doi:10.21046/2070-7401 -2016-13-5-79-90
21. Жмур В. В. Мезомасштабные вихри океана. М. : ГЕОС, 2010. 290 с. EDN QKJWVV. Letters. 2016. Vol. 43, iss. 7. P. 3360–3369. https://doi.org/10.1002/2016GL067926
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2022; 38: 567-584
Evolution of Submesoscale Cyclones on the Batumi Anticyclone Periphery Based on the Numerical Simulation Data
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2022-6-567-584Abstract
Purpose. The paper is purposed at studying the characteristics and evolution of submesoscale cyclonic eddies attached to the Batumi anticyclone.
Methods and Results. The results of numerical simulation based on the NEMO model data for 2008–2009 and on the algorithm for automatic eddy identification, permitted to obtain the data on evolution of the dynamic and thermohaline structure of such eddies, and the reasons for their formation and dissipation. When in 2008 the Batumi anticyclone was passing, seven pronounced stable submesoscale rounded cyclonic eddies were detected on its periphery. The lifetime of some eddies achieves 20 days, vorticity anomalies in them can reach the 200 m depth, and vertical velocities can exceed 10 m/day.
Conclusions. The submesoscale cyclonic eddies are formed at intensification of the Batumi anticyclone and at its displacement to the west towards the Cape Fener. Increase of velocity shear arising during interaction of the Batumi anticyclone with the cape, results in formation of the cyclonic vorticity area which in some cases transforms into a submesoscale cyclonic eddy. Further, such eddies separate from the coast and move along the Batumi anticyclone periphery in the anticyclonic direction. The highest energy of submesoscale cyclonic eddies is observed at the moment of their formation, and then follows their slow dissipation, that is related to the process of their elongation due to the velocity shear at the Batumi anticyclone periphery. This process gradually intensifies with weakening of a cyclonic vortex and result in its transformation into a vortex filament.
References
1. McWilliams J. C. Submesoscale currents in the ocean // Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2016. Vol. 472, iss. 2189. 20160117. doi:10.1098/rspa.2016.0117
2. Korotaev G. K., Shutyaev V. P. Chislennoe modelirovanie tsirkulyatsii okeana so sverkhvysokim prostranstvennym razresheniem // Izvestiya Rossiiskoi akademii nauk. Fizika atmosfery i okeana. 2020. T. 56, № 3. S. 334–346. EDN SNQGGC. doi:10.31857/S0002351520030104
3. Primery mezomasshtabnogo i submezomasshtabnogo chislennogo vikhrerazreshayushchego modelirovaniya okeana / E. V. Stanev [i dr.] // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2020. T. 36, № 6. S. 691 –719. EDN EZPKUK. doi:10.22449/0233-7584-2020-6-691 -719
4. Puzina O. S., Kubryakov A. A., Mizyuk A. I. Sezonnaya i vertikal'naya izmenchivost' energii techenii v submezomasshtabnom diapazone na shel'fe i v tsentral'noi chasti Chernogo morya // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2021. T. 37, № 1. S. 41 –56. EDN COEHRO. doi:10.22449/0233-7584-2021 -1 -41 -56
5. Vliyanie submezomasshtabnykh vikhrei na perenos vzveshennogo veshchestva v pribrezhnoi zone Kryma po dannym BPLA, sputnikovykh i kontaktnykh izmerenii / A. A. Kubryakov [i dr .] // Okeanologiya. 2021. T. 61, № 2. S. 182–197. EDN VZKVBX. doi:10.31857/S0030157421020106
6. Characteristics of topographic submesoscale eddies off the Crimea coast from high-resolution satellite optical measurements / A. Aleskerova [et al.] // Ocean Dynamics. 2021. Vol. 71. P. 655–677. https://doi.org/10.1 007/s10236-021 -01458-9
7. Mahadevan A. The impact of submesoscale physics on primary productivity of plankton // Annual Review of Marine Science. 2016. Vol. 8. P. 161 –184. https://doi.org/10.1146/annurevmarine-010814-015912
8. Mikaelyan A. S., Zatsepin A. G., Kubryakov A. A. Vozdeistvie mezomasshtabnoi vikhrevoi dinamiki na bioproduktivnost' morskikh ekosistem (obzor) // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2020. T. 36, № 6. S. 646–675. EDN BOHNKV. doi:10.22449/0233-7584-2020-6-646-675
9. Demyshev S. G., Evstigneeva N. A. Modelirovanie mezo- i submezomasshtabnykh osobennostei tsirkulyatsii u vostochnogo berega Kryma na osnove chislennogo rascheta // Izvestiya Rossiiskoi akademii nauk. Fizika atmosfery i okeana. 2016. T. 52, № 5. S. 628–638. EDN WORWMR. doi:10.7868/S0002351516050047
10. Submezomasshtabnye vikhri na Kavkazskom shel'fe Chernogo morya i porozhdayushchie ikh mekhanizmy / A. G. Zatsepin [i dr.] // Okeanologiya. 2011. T. 51, № 4. S. 592–605. EDN NXXEQF.
11. Physical mechanisms of submesoscale eddies generation: evidences from laboratory modeling and satellite data in the Black Sea / A. Zatsepin [et al.] // Ocean Dynamics. 2019. Vol. 69, iss. 2. P. 253–266. doi:10.1007/s10236-018-1239-4
12. Brannigan L. Intense submesoscale upwelling in anticyclonic eddies // Geophysical Research 13. Submesoscale instabilities in mesoscale eddies / L. Brannigan [et al.] // Journal of Physical Oceanography. 2017. Vol. 47, iss. 12. P. 3061 –3085. doi:10.1175/JPO-D-16-0178.1
13. Ivanov V. A., Belokopytov V. N. Okeanografiya Chernogo morya. Sevastopol', 2011. 212 s. EDN XPERZR.
14. Kubryakov A. A., Stanichnyi S. V. Dinamika Batumskogo antitsiklona po sputnikovym dannym // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2015. № 2 (182). S. 67–78. EDN VDVDDX. doi:10.22449/0233-7584-2015-2-67-78
15. Kubryakov A. A., Stanichnyi S. V. Sinopticheskie vikhri v Chernom more po dannym sputnikovoi al'timetrii // Okeanologiya. 2015. T. 55, № 1. S. 65–77. EDN TGWBIX. doi:10.7868/S0030157415010104
16. NEMO ocean engine / G. Madec [et al.]. IPSL, 2016. 386 p. (Note du pôle de modélisation IPSL ; no. 27). URL: http://www.nemo-ocean.eu/doc/ (date of access: 10.09.2019).
17. Dolgoperiodnaya izmenchivost' termokhalinnykh kharakteristik Azovskogo morya na osnove chislennoi vikhrerazreshayushchei modeli / A. I. Mizyuk [i dr.] // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2019. T. 35, № 5. S. 496–510. EDN XHZXAR. doi:10.22449/0233-7584-2019-5-496-510
18. Mizyuk A. I., Korotaev G. K. Chernomorskie vnutripiknoklinnye linzy po rezul'tatam chislennogo modelirovaniya tsirkulyatsii basseina // Izvestiya Rossiiskoi akademii nauk. Fizika atmosfery i okeana. 2020. T. 56, № 1. S. 112–122. EDN MHXSSO. doi:10.31857/S0002351520010101
19. Weiss J. The dynamics of enstrophy transfer in two-dimensional hydrodynamics // Physica D: Nonlinear Phenomena. 1991. Vol. 48, iss. 2–3. P. 273–294. https://doi.org/10.1016/0167-2789(91)90088-Q
20. Belonenko T. V., Sholeninova P. V. Ob identifikatsii sinopticheskikh vikhrei po sputnikovym dannym na primere akvatorii severo-zapadnoi chasti Tikhogo okeana // Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2016. T. 13, № 5. S. 79–90. EDN XAEWOB. doi:10.21046/2070-7401 -2016-13-5-79-90
21. Zhmur V. V. Mezomasshtabnye vikhri okeana. M. : GEOS, 2010. 290 s. EDN QKJWVV. Letters. 2016. Vol. 43, iss. 7. P. 3360–3369. https://doi.org/10.1002/2016GL067926
