Морской гидрофизический журнал. 2023; 39: 435-447
Ветровые условия возникновения апвеллингов в районе Южного берега Крыма
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2023-4-Аннотация
Цель. Цель работы – анализ повторяемости, скорости и продолжительности вдольбереговых ветров, вызывающих экмановский апвеллинг у Южного берега Крыма.
Методы и результаты. Используются 6-часовые данные о компонентах скорости ветра на высоте 10 м атмосферного реанализа ERA5 за 1979–2021 гг. и данные контроля температуры на Черноморском гидрофизическом подспутниковом полигоне Морского гидрофизического института Российской академии наук. Рассматривается повторяемость и скорость юго-западных, западных и северо-западных ветров, благоприятных для развития апвеллинга у Южного берега Крыма. Расчеты по многолетнему ряду данных показали, что сезонная изменчивость повторяемости каждого из этих ветров имеет разный характер, в то время как средняя скорость изменяется одинаково, уменьшаясь от зимы к лету. Летом повторяемость западных и северо-западных ветров увеличивается, а юго-западных – уменьшается. Суммарная повторяемость этих ветров достигает наибольших значений в июне, июле, декабре и январе с максимумом в июне. Наименьшие значения повторяемости отмечаются в августе и октябре. Межгодовые изменения скорости и повторяемости ветров западных направлений приводят к изменениям количества и продолжительности апвеллингов. Получена значимая положительная связь между средней скоростью и повторяемостью этих ветров в июне и количеством апвеллингов, зафиксированных по снижению температуры воды. Коэффициенты корреляции составляют 0,74 и 0,68 соответственно.
Выводы. Ветровые условия для возникновения апвеллингов в районе Южного берега Крыма присутствуют во все месяцы года, но наиболее благоприятные из них наблюдаются в июне, июле, декабре и январе вследствие более высокой повторяемости ветров западных направлений. Высокая скорость ветра является значимым фактором для развития апвеллинга.
Список литературы
1. Sur H. İ., Özsoy E., Ünlüata Ü. Boundary current instabilities, upwelling, shelf mixing and eutrophication processes in the Black Sea // Progress in Oceanography. 1994. Vol. 33, iss. 4. P. 249–302. doi: 10.1016/0079-6611(94)90020-5
2. Plankton response to weakening of the Iberian coastal upwelling / F. F. Pérez [et al.] // Global Change Biology. 2010. Vol. 16, iss. 4. P. 1258–1267. doi: 10.1111/j.1365-2486.2009.02125.x
3. Chavez F. P., Messié M. A comparison of Eastern Boundary Upwelling Ecosystems // Progress in Oceanography. 2009. Vol. 83, iss. 1–4. P. 80–96. doi: 10.1016/j.pocean.2009.07.032
4. Ловенкова Е. А., Полонский А. Б. Климатические характеристики апвеллинга у побережья Крыма и их изменчивость // Метеорология и гидрология. 2005. № 5. С. 44–52.
5. Тужилкин В. С., Новиков А. А. Климатические проявления апвеллинга в российской прибрежной зоне Черного моря // Вестник Московского университета. Серия 5. География. 2011. № 6. С. 43–53.
6. Толстошеев А. П., Мотыжев С. В., Лунев Е. Г. Результаты долговременного мониторинга вертикальной термической структуры шельфовых вод на Черноморском гидрофизическом полигоне РАН // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 1. С. 75–87. doi: 10.22449/0233-7584-2020-1-75-87
7. Станичная Р. Р., Станичный С. В. Апвеллинги Черного моря // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18, № 4. С. 195–207. doi: 10.21046/2070-7401-2021-18-4-195-207
8. Иванов В. А., Михайлова Э. Н. Апвеллинг в Черном море. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2008. 92 с.
9. Михайлова Э. Н., Музылёва М. А., Полонский А. Б. Пространственно-временная изменчивость характеристик апвеллинга в северо-западной части Черного моря и у побережья Крыма в 2005–2008 гг. // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2009. Вып. 20. С. 160–170.
10. Полонский А. Б., Музылёва М. А. Современная пространственно-временная изменчивость апвеллинга в северо-западной части Черного моря и у побережья Крыма // Известия Российской академии наук. Серия географическая. 2016. № 4. С. 96–108. doi: 10.15356/0373-2444-2016-4-96-108
11. Куклин А. К., Куклина Н. Я., Шабалина О. А. Температура морской воды в районе океанографической платформы в Кацивели // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2014. Вып. 28. С. 186–194.
12. Иванов В. А., Белокопытов В. Н. Океанография Черного моря. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2011. 212 с.
13. Сильвестрова К. П., Зацепин А. Г., Мысленков С. А. Прибрежные апвеллинги в Геленджикском районе Черного моря: связь с ветровым воздействием и течением // Океанология. 2017. Т. 57, № 4. С. 521–530. doi: 10.7868/S0030157417040013
14. Примеры подходов к исследованию температурной изменчивости вод шельфа Черного моря при помощи кластера термокос / В. В. Очередник [и др.] // Океанология. 2020. Т. 60, № 2. С. 173–185. doi: 10.31857/S0030157420010189
15. Структура и межгодовая изменчивость характеристик прибрежного черноморского апвеллинга на основе данных спутникового мониторинга / Р. В. Боровская [и др.] // Исследование Земли из космоса. 2008. № 2. С. 26–36.
16. Изменчивость толщины перемешанного слоя в Черном море и ее связь с динамикой вод и атмосферным воздействием / А. А. Кубряков [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 5. С. 449–468. doi: 10.22449/0233-7584-2019-5-449-468
17. Synoptic upwelling and cross-shelf transport processes along the Crimean coast of the Black Sea / G. Gawarkiewicz [et al.] // Continental Shelf Research. 1999. Vol. 19, iss. 8. P. 977–1005. doi0.1016/S0278-4343(99)00003-5
18. Lehmann A., Myrberg K. Upwelling in the Baltic Sea – A review // Journal of Marine Systems. 2008. Vol. 74, Supplement. P. S3–S12. doi: 10.1016/j.jmarsys.2008.02.010
19. Наблюдение цикла интенсивного прибрежного апвеллинга и даунвеллинга на гидрофизическом полигоне ИО РАН в Черном море / А. Г. Зацепин [и др.] // Океанология. 2016. Т. 56, № 2. С. 203–214. doi: 10.7868/S0030157416020222
20. Kämpf J., Chapman P. The Functioning of Coastal Upwelling Systems // Upwelling Systems of the World. A Scientific Journey to the Most Productive Marine Ecosystems. Cham : Springer, 2016. P. 31–65. doi: 10.1007/978-3-319-42524-5_2
21. New Insights about Upwelling Trends off the Portuguese Coast: An ERA5 Dataset Analysis / S. Ferreira [et al.] // Journal of Marine Science and Engineering. 2022. Vol. 10, iss. 12. 1849. doi: 10.3390/jmse10121849
22. Sporadic wind-driven upwelling/downwelling and associated cooling/warming along North-western Mediterranean coastlines / R. Odic [et al.] // Continental Shelf Research. 2022. Vol. 250. 104843. doi: 10.1016/j.csr.2022.104843
23. The ERA5 global reanalysis / H. Hersbach [et al.] // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 2020. Vol. 146, iss. 730. P. 1999–2049. doi: 10.1002/qj.3803
24. Black Sea GIS developed in MHI / E. Zhuk [et al.] // Proceedings of SPIE 2016. Vol. 9688. Fourth International Conference on Remote Sensing and Geoinformation of the Environment. (RSCy2016). 96881C. doi: 10.1117/12.2241631
25. Шокуров М. В., Шокурова И. Г. Завихренность напряжения трения ветра на поверхности Черного моря при различных ветровых режимах // Морской гидрофизический журнал. 2017. № 6. С. 13–26. doi: 10.22449/0233-7584-2017-6-13-26
26. Trenberth K. E., Paolino Jr. D. A. The Northern Hemisphere Sea-Level Pressure Data Set: Trends, Errors and Discontinuities // Monthly Weather Review. 1980. Vol. 108, iss. 7. P. 855–872. doi: 10.1175/1520-0493(1980)108<0855:TNHSLP>2.0.CO;2
27. Шокурова И. Г., Кубряков А. А., Шокуров М. В. Влияние долговременных изменений крупномасштабного поля приземного давления на ветровой режим и завихренность напряжения трения ветра в Черном море // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37, № 2. С. 179–194. doi: 10.22449/0233-7584-2021-2-179-194
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2023; 39: 435-447
Winds Favorable for Upwellings near the Southern Coast of Crimea
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2023-4-Abstract
Purpose. The study is purposed at analyzing frequency, speed and duration of the along shore winds inducing the Ekman upwelling near the Southern Coast of Crimea.
Methods and Results. The 6-hour data on the wind speed components at the 10 m height derived from the ERA5 atmospheric reanalysis for 1979–2021, as well as the data of temperature monitoring performed at the Black Sea hydrophysical sub-satellite polygon of Marine Hydrophysical Institute, Russian Academy of Sciences, are used. Frequency and speed of the winds (namely, the southwestern, western and northwestern ones) favorable for development of upwelling near the Southern Coast of Crimea are considered. The multi-year data based calculations show that the seasonal variability in frequency of each of these winds is of an individual character, whereas their average speeds change the same decreasing from winter to summer. In summer, frequency of the western and northwestern winds increases, and that of the southwestern ones – decreases. The total frequency of favorable winds is the highest in June (maximum values), July, January and December. The lowest frequency values occur in August and October. The interannual changes in speed and frequency of the westerly directions winds result in changes in the upwelling numbers and durations. A significant positive relationship was obtained between the mean speed and frequency of these winds in June and the number of upwellings recorded by a water temperature decrease. The correlation coefficients were 0.74 and 0.68, respectively.
Conclusions. The wind conditions for arising of upwelling near the Southern Coast of Crimea are observed in all the months of a year, but the most favorable ones – in June, July, December and January due to the high frequency of westerly winds. High wind speed is also a significant factor for the development of upwelling.
References
1. Sur H. İ., Özsoy E., Ünlüata Ü. Boundary current instabilities, upwelling, shelf mixing and eutrophication processes in the Black Sea // Progress in Oceanography. 1994. Vol. 33, iss. 4. P. 249–302. doi: 10.1016/0079-6611(94)90020-5
2. Plankton response to weakening of the Iberian coastal upwelling / F. F. Pérez [et al.] // Global Change Biology. 2010. Vol. 16, iss. 4. P. 1258–1267. doi: 10.1111/j.1365-2486.2009.02125.x
3. Chavez F. P., Messié M. A comparison of Eastern Boundary Upwelling Ecosystems // Progress in Oceanography. 2009. Vol. 83, iss. 1–4. P. 80–96. doi: 10.1016/j.pocean.2009.07.032
4. Lovenkova E. A., Polonskii A. B. Klimaticheskie kharakteristiki apvellinga u poberezh'ya Kryma i ikh izmenchivost' // Meteorologiya i gidrologiya. 2005. № 5. S. 44–52.
5. Tuzhilkin V. S., Novikov A. A. Klimaticheskie proyavleniya apvellinga v rossiiskoi pribrezhnoi zone Chernogo morya // Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 5. Geografiya. 2011. № 6. S. 43–53.
6. Tolstosheev A. P., Motyzhev S. V., Lunev E. G. Rezul'taty dolgovremennogo monitoringa vertikal'noi termicheskoi struktury shel'fovykh vod na Chernomorskom gidrofizicheskom poligone RAN // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2020. T. 36, № 1. S. 75–87. doi: 10.22449/0233-7584-2020-1-75-87
7. Stanichnaya R. R., Stanichnyi S. V. Apvellingi Chernogo morya // Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2021. T. 18, № 4. S. 195–207. doi: 10.21046/2070-7401-2021-18-4-195-207
8. Ivanov V. A., Mikhailova E. N. Apvelling v Chernom more. Sevastopol' : EKOSI-Gidrofizika, 2008. 92 s.
9. Mikhailova E. N., Muzyleva M. A., Polonskii A. B. Prostranstvenno-vremennaya izmenchivost' kharakteristik apvellinga v severo-zapadnoi chasti Chernogo morya i u poberezh'ya Kryma v 2005–2008 gg. // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon i kompleksnoe ispol'zovanie resursov shel'fa. 2009. Vyp. 20. S. 160–170.
10. Polonskii A. B., Muzyleva M. A. Sovremennaya prostranstvenno-vremennaya izmenchivost' apvellinga v severo-zapadnoi chasti Chernogo morya i u poberezh'ya Kryma // Izvestiya Rossiiskoi akademii nauk. Seriya geograficheskaya. 2016. № 4. S. 96–108. doi: 10.15356/0373-2444-2016-4-96-108
11. Kuklin A. K., Kuklina N. Ya., Shabalina O. A. Temperatura morskoi vody v raione okeanograficheskoi platformy v Katsiveli // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon i kompleksnoe ispol'zovanie resursov shel'fa. 2014. Vyp. 28. S. 186–194.
12. Ivanov V. A., Belokopytov V. N. Okeanografiya Chernogo morya. Sevastopol' : EKOSI-Gidrofizika, 2011. 212 s.
13. Sil'vestrova K. P., Zatsepin A. G., Myslenkov S. A. Pribrezhnye apvellingi v Gelendzhikskom raione Chernogo morya: svyaz' s vetrovym vozdeistviem i techeniem // Okeanologiya. 2017. T. 57, № 4. S. 521–530. doi: 10.7868/S0030157417040013
14. Primery podkhodov k issledovaniyu temperaturnoi izmenchivosti vod shel'fa Chernogo morya pri pomoshchi klastera termokos / V. V. Ocherednik [i dr.] // Okeanologiya. 2020. T. 60, № 2. S. 173–185. doi: 10.31857/S0030157420010189
15. Struktura i mezhgodovaya izmenchivost' kharakteristik pribrezhnogo chernomorskogo apvellinga na osnove dannykh sputnikovogo monitoringa / R. V. Borovskaya [i dr.] // Issledovanie Zemli iz kosmosa. 2008. № 2. S. 26–36.
16. Izmenchivost' tolshchiny peremeshannogo sloya v Chernom more i ee svyaz' s dinamikoi vod i atmosfernym vozdeistviem / A. A. Kubryakov [i dr.] // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2019. T. 35, № 5. S. 449–468. doi: 10.22449/0233-7584-2019-5-449-468
17. Synoptic upwelling and cross-shelf transport processes along the Crimean coast of the Black Sea / G. Gawarkiewicz [et al.] // Continental Shelf Research. 1999. Vol. 19, iss. 8. P. 977–1005. doi0.1016/S0278-4343(99)00003-5
18. Lehmann A., Myrberg K. Upwelling in the Baltic Sea – A review // Journal of Marine Systems. 2008. Vol. 74, Supplement. P. S3–S12. doi: 10.1016/j.jmarsys.2008.02.010
19. Nablyudenie tsikla intensivnogo pribrezhnogo apvellinga i daunvellinga na gidrofizicheskom poligone IO RAN v Chernom more / A. G. Zatsepin [i dr.] // Okeanologiya. 2016. T. 56, № 2. S. 203–214. doi: 10.7868/S0030157416020222
20. Kämpf J., Chapman P. The Functioning of Coastal Upwelling Systems // Upwelling Systems of the World. A Scientific Journey to the Most Productive Marine Ecosystems. Cham : Springer, 2016. P. 31–65. doi: 10.1007/978-3-319-42524-5_2
21. New Insights about Upwelling Trends off the Portuguese Coast: An ERA5 Dataset Analysis / S. Ferreira [et al.] // Journal of Marine Science and Engineering. 2022. Vol. 10, iss. 12. 1849. doi: 10.3390/jmse10121849
22. Sporadic wind-driven upwelling/downwelling and associated cooling/warming along North-western Mediterranean coastlines / R. Odic [et al.] // Continental Shelf Research. 2022. Vol. 250. 104843. doi: 10.1016/j.csr.2022.104843
23. The ERA5 global reanalysis / H. Hersbach [et al.] // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 2020. Vol. 146, iss. 730. P. 1999–2049. doi: 10.1002/qj.3803
24. Black Sea GIS developed in MHI / E. Zhuk [et al.] // Proceedings of SPIE 2016. Vol. 9688. Fourth International Conference on Remote Sensing and Geoinformation of the Environment. (RSCy2016). 96881C. doi: 10.1117/12.2241631
25. Shokurov M. V., Shokurova I. G. Zavikhrennost' napryazheniya treniya vetra na poverkhnosti Chernogo morya pri razlichnykh vetrovykh rezhimakh // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2017. № 6. S. 13–26. doi: 10.22449/0233-7584-2017-6-13-26
26. Trenberth K. E., Paolino Jr. D. A. The Northern Hemisphere Sea-Level Pressure Data Set: Trends, Errors and Discontinuities // Monthly Weather Review. 1980. Vol. 108, iss. 7. P. 855–872. doi: 10.1175/1520-0493(1980)108<0855:TNHSLP>2.0.CO;2
27. Shokurova I. G., Kubryakov A. A., Shokurov M. V. Vliyanie dolgovremennykh izmenenii krupnomasshtabnogo polya prizemnogo davleniya na vetrovoi rezhim i zavikhrennost' napryazheniya treniya vetra v Chernom more // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2021. T. 37, № 2. S. 179–194. doi: 10.22449/0233-7584-2021-2-179-194
