Морской гидрофизический журнал. 2023; 39: 139-156
Особенности водообмена через Керченский пролив по результатам численного моделирования циркуляции с высоким пространственным разрешением
https://doi.org/10.29039/0233-7584-2023-2-139-156Аннотация
Цель. Цель работы – исследование синоптической изменчивости гидрофизических параметров в бассейнах Азовского и Черного морей, вызванной поступлением через пролив водных масс, отличающихся по своим свойствам от окружающих в отмеченных бассейнах.
Методы и результаты. Выполнен анализ результатов численного моделирования циркуляции каскада морей (Азовское – Черное – Мраморное) для 2008–2009 гг. Использовались региональная конфигурация комплекса численного моделирования NEMO и результаты атмосферного реанализа ERA5. Основные результаты получены для конфигурации с пространственным разрешением расчетной сетки приблизительно 1,1 км. Демонстрируются процессы затока азовских вод в Черное море, а черноморских водных масс в бассейн Азовского и их последующая эволюция. Приведены оценки водо- и солеобмена через Керченский пролив.
Выводы. Регулярная смена направления переноса вод через пролив, обусловленная значительной изменчивостью ветра, составляет основной механизм измений водообмена между бассейнами. Анализ изменений однонаправленных потоков соли через Керченский пролив, превышающих среднегодовые значения, позволил выявить события значительного поступления соли в Азовское море. Доля таких событий составляет от 20–25 до почти 70 % от общего числа затоков.
Список литературы
1. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Том IV. Черное море. Выпуск 1. Гидрометеорологические условия. Санкт-Петербург : Гидрометеоиздат, 1991. 235 с.
2. Альтман Э. Н., Толмазин Д. М. Метод расчета течений и водообмена в Керченском проливе // Океанология. 1970. Т. 10, № 3. С. 438–447.
3. Распространение вод из Керченского пролива в Черное море / А. А. Алескерова [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2017. № 6. С. 53–64. doi:10.22449/0233-7584-2017-6-53-64
4. Water exchange between the Sea of Azov and the Black Sea through the Kerch Strait / I. Zavialov [et al.] // Ocean Science. 2020. Vol. 16, iss. 1. P. 15–30. https://doi.org/10.5194/os-16-15-2020
5. Иванов В. А., Шапиро Н. Б. Моделирование течений в Керченском проливе // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2004. Вып. 10. С. 207–232.
6. Фомин В. В., Лазоренко Д. И., Фомина И. Н. Численное моделирование водообмена через Керченский пролив для различных типов атмосферных воздействий // Морской гидрофизический журнал. 2017. № 4. С. 82–93. doi:10.22449/0233-7584-2017-4-82-93
7. Моделирование динамики вод в Керченском проливе и предпроливных зонах / под ред. В. А. Иванова. Севастополь : МГИ, 2010. 206 с.
8. Система морских ретроспективных расчетов и прогнозов гидрометеорологических характеристик Азовского моря и Керченского пролива / Н. А. Дианский [и др.] // Экология. Экономика. Информатика. Серия: Геоинформационные технологии и космический мониторинг. 2020. Т. 2, № 5. С. 131–140. EDN GBWEBF. doi:10.23885/2500-123X-2020-2-5-131-140
9. Stanev E. V., Grashorn S., Zhang Y. J. Cascading ocean basins: numerical simulations of the circulation and interbasin exchange in the Azov-Black-Marmara-Mediterranean Seas system // Ocean Dynamics. 2017. Vol. 67. P. 1003–1025. https://doi.org/10.1007/s10236-017-1071-2
10. NEMO Ocean Engine / G. Madec [et al.]. France: Institut Pierre-Simon Laplace. (Note du Pôle de modélisation de l'Institut Pierre-Simon Laplace ; No. 27). URL: https://www.nemo-ocean.eu/doc/node1.html (date of access: 05.03.2023).
11. Mesinger F., Arakawa A. Numerical Methods Used in Atmospheric Models. WMO-ICSU Joint Organizing Committee, 1976. Vol. 1. 64 p. (GARP Publications Series ; No. 17).
12. Leclair M., Madec G. A conservative leapfrog time stepping method // Ocean Modelling. 2009. Vol. 30, iss. 2–3. P. 88–94. https://doi.org/10.1016/j.ocemod.2009.06.006
13. 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. doi:10.22449/0233-7584-2019-5-496-510
14. 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. doi:10.31857/S0002351520010101
15. Roullet G., Madec G. Salt conservation, free surface, and varying levels: A new formulation for ocean general circulation models // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2000. Vol. 105, iss. C10. Р. 23927–23942. https://doi.org/10.1029/2000JC900089
16. Mizyuk A. I., Puzina O. S. Sea ice modeling in the Sea of Azov for a study of long-term variability // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. Vol. 386. 012023. doi:10.1088/1755-1315/386/1/012023
17. Толкаченко Г. А., Маньковский В. И., Соловьев М. В. Гидрооптические наблюдения в прибрежных водах Южного берега Крыма летом и осенью 2001 г. // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь, 2003. Вып. 2 (7). С. 93–99.
18. Иванов В. А., Белокопытов В. Н. Океанография Черного моря. Севастополь, 2011. 212 с.
19. Mizyuk A. I., Lishaev P. N., Puzina O. S. Estimation of the Azov Sea state based on the Black Sea hydrography // Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1675. 012120. doi:10.1088/1742-6596/1675/1/012120
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2023; 39: 139-156
Features of Water Exchange through the Kerch Strait Based on the Results of Numerical Modeling of the Circulation with High Spatial Resolution
https://doi.org/10.29039/0233-7584-2023-2-139-156Abstract
Purpose. The work is purposed at studying the synoptic variability of hydrophysical parameters in the basins of the Azov and Black seas induced by the water masses inflow through the strait; at that the inflowing water features differ from the analogous ones in the above-noted basins.
Methods and Results. The results of numerical modeling of circulation in the cascade of seas (the Azov – Black – Marmara seas) for 2008–2009 were analyzed. Regional configuration of the NEMO numerical modeling platform and the results of the ERA5 atmospheric reanalysis were used. The main results were obtained for the configuration with the ~ 1.1 km spatial resolution of the computational grid. The processes of the Azov Sea waters inflow to the Black Sea and their further evolution, as well as the analogous processes with the Black Sea waters in the Azov Sea basin are demonstrated. The estimates of water and salt exchange through the Kerch Strait are represented.
Conclusions. Regular change of the water transfer direction through the strait conditioned by the wind significant variability constitutes the basic mechanism for the changes in water exchange between the basins. Having being analyzed, the changes in the unidirectional salt flows through the Kerch Strait exceeding average annual values, permitted to identify the events of significant salt inflow to the Sea of Azov. The portion of such events ranges from 20–25 to almost 70 % of the total number of inflows.
References
1. Gidrometeorologiya i gidrokhimiya morei SSSR. Tom IV. Chernoe more. Vypusk 1. Gidrometeorologicheskie usloviya. Sankt-Peterburg : Gidrometeoizdat, 1991. 235 s.
2. Al'tman E. N., Tolmazin D. M. Metod rascheta techenii i vodoobmena v Kerchenskom prolive // Okeanologiya. 1970. T. 10, № 3. S. 438–447.
3. Rasprostranenie vod iz Kerchenskogo proliva v Chernoe more / A. A. Aleskerova [i dr.] // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2017. № 6. S. 53–64. doi:10.22449/0233-7584-2017-6-53-64
4. Water exchange between the Sea of Azov and the Black Sea through the Kerch Strait / I. Zavialov [et al.] // Ocean Science. 2020. Vol. 16, iss. 1. P. 15–30. https://doi.org/10.5194/os-16-15-2020
5. Ivanov V. A., Shapiro N. B. Modelirovanie techenii v Kerchenskom prolive // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon i kompleksnoe ispol'zovanie resursov shel'fa. Sevastopol' : EKOSI-Gidrofizika, 2004. Vyp. 10. S. 207–232.
6. Fomin V. V., Lazorenko D. I., Fomina I. N. Chislennoe modelirovanie vodoobmena cherez Kerchenskii proliv dlya razlichnykh tipov atmosfernykh vozdeistvii // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2017. № 4. S. 82–93. doi:10.22449/0233-7584-2017-4-82-93
7. Modelirovanie dinamiki vod v Kerchenskom prolive i predprolivnykh zonakh / pod red. V. A. Ivanova. Sevastopol' : MGI, 2010. 206 s.
8. Sistema morskikh retrospektivnykh raschetov i prognozov gidrometeorologicheskikh kharakteristik Azovskogo morya i Kerchenskogo proliva / N. A. Dianskii [i dr.] // Ekologiya. Ekonomika. Informatika. Seriya: Geoinformatsionnye tekhnologii i kosmicheskii monitoring. 2020. T. 2, № 5. S. 131–140. EDN GBWEBF. doi:10.23885/2500-123X-2020-2-5-131-140
9. Stanev E. V., Grashorn S., Zhang Y. J. Cascading ocean basins: numerical simulations of the circulation and interbasin exchange in the Azov-Black-Marmara-Mediterranean Seas system // Ocean Dynamics. 2017. Vol. 67. P. 1003–1025. https://doi.org/10.1007/s10236-017-1071-2
10. NEMO Ocean Engine / G. Madec [et al.]. France: Institut Pierre-Simon Laplace. (Note du Pôle de modélisation de l'Institut Pierre-Simon Laplace ; No. 27). URL: https://www.nemo-ocean.eu/doc/node1.html (date of access: 05.03.2023).
11. Mesinger F., Arakawa A. Numerical Methods Used in Atmospheric Models. WMO-ICSU Joint Organizing Committee, 1976. Vol. 1. 64 p. (GARP Publications Series ; No. 17).
12. Leclair M., Madec G. A conservative leapfrog time stepping method // Ocean Modelling. 2009. Vol. 30, iss. 2–3. P. 88–94. https://doi.org/10.1016/j.ocemod.2009.06.006
13. 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. doi:10.22449/0233-7584-2019-5-496-510
14. 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. doi:10.31857/S0002351520010101
15. Roullet G., Madec G. Salt conservation, free surface, and varying levels: A new formulation for ocean general circulation models // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2000. Vol. 105, iss. C10. R. 23927–23942. https://doi.org/10.1029/2000JC900089
16. Mizyuk A. I., Puzina O. S. Sea ice modeling in the Sea of Azov for a study of long-term variability // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. Vol. 386. 012023. doi:10.1088/1755-1315/386/1/012023
17. Tolkachenko G. A., Man'kovskii V. I., Solov'ev M. V. Gidroopticheskie nablyudeniya v pribrezhnykh vodakh Yuzhnogo berega Kryma letom i osen'yu 2001 g. // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon i kompleksnoe ispol'zovanie resursov shel'fa. Sevastopol', 2003. Vyp. 2 (7). S. 93–99.
18. Ivanov V. A., Belokopytov V. N. Okeanografiya Chernogo morya. Sevastopol', 2011. 212 s.
19. Mizyuk A. I., Lishaev P. N., Puzina O. S. Estimation of the Azov Sea state based on the Black Sea hydrography // Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1675. 012120. doi:10.1088/1742-6596/1675/1/012120
