Распространение черноморских вод в акватории Азовского моря по спутниковым данным и модели <i>NEMO</i>

Главная

Статья в Elpub

РУС ENG

Морской гидрофизический журнал. 2023; 39: 528-552

Распространение черноморских вод в акватории Азовского моря по спутниковым данным и модели NEMO

Василенко Н. В., Алескерова А. А., Кубряков А. А., Мизюк А. И., Станичный С. В.

https://doi.org/10.22449/0233-7584-2023-4-

Аннотация

Цель. Исследованы динамика, особенности сезонной изменчивости и причины затоков черноморских вод в акваторию Азовского моря.

Методы и результаты. Использовались спутниковые данные среднего и высокого разрешения, а также результаты численного моделирования поля солености Азово-Черноморского бассейна по модели NEMO с высоким разрешением (1 км) за 2008–2009 гг. Проведенный анализ показал, что наиболее часто прозрачные соленые черноморские воды фиксировались в южной и юго-восточной частях Азовского моря в холодное время года. По спутниковым измерениям, максимальное количество затоков наблюдалось в ноябре и в марте, а минимальное – с июня по октябрь. Аналогичные результаты получены по данным численных расчетов за 2008–2009 гг.: в зимний период интенсивные затоки соленых вод в Азовское море (с потоком более 20 т/с) наблюдаются в трети случаев, оцененный поток соли в отдельных случаях составляет 60 т/с, в летний же период количество затоков близко к нулю. Черноморские воды далее преимущественно двигаются в циклоническом направлении, иногда достигая центра бассейна. Высокие градиенты плотности в ряде случаев вызывают развитие интенсивного циклонического вихря пролива на фронте затоков черноморских вод. На основе данных моделирования оценена связь ветра и потоков соли в Азовское море. Показано, что эта связь носит кубический характер, что частично объясняется ростом солености поступающих вод, вызванным усилением вертикального перемешивания при действии штормов.

Выводы. Основными гидродинамическими причинами затоков черноморских вод и их сезонной изменчивости выступают: 1) интенсивный ветровой перенос во время ветров южных румбов; 2) фронтальные течения на границе апвеллингов у Керченского полуострова при действии западных и юго-западных ветров; 3) направленные на север течения на периферии проходящих синоптических вихрей.

Список литературы

1. Гидрометеорологические условия морей Украины. Т. 1 : Азовское море. Севастополь, 2009. 400 c.

2. 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

3. Ломакин П. Д., Боровская Р. В. Возможность контроля системы течений в Керченском проливе на базе спутниковой информации // Системы контроля окружающей среды. Севастополь, 2005. Вып. 8. С. 255–257.

4. Спиридонова Е. О., Панов Б. Н. Изменения структурных показателей и среднего значения поля солености вод Азовского моря // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37, № 3. С. 305–317. doi: 10.22449/0233-7584-2021-3-305-317

5. Панов Б. Н., Спиридонова Е. О. Особенности изменений статистических характеристик горизонтальной структуры поля солености вод Азовского моря // Водные биоресурсы и среда обитания. 2020. Т. 3, № 3. С. 17–24. EDN ZXDLTA. doi: 10.47921/2619-1024_2020_3_3_17

6. Бердников С. В., Дашкевич Л. В., Кулыгин В. В. Климатические условия и гидрологический режим Азовского моря в ХХ – начале ХХI вв. // Водные биоресурсы и среда обитания. 2019. Т. 2, № 2. С. 7–19. EDN WHVLZP. doi: 10.47921/2619-1024_2019_2_2_7

7. Матишов Г. Г., Григоренко К. С., Московец А. Ю. Механизмы осолонения Таганрогского залива в условиях экстремально низкого стока Дона // Наука Юга России. 2017. Т. 13, № 1. С. 35–43. doi: 10.23885/2500-0640-2017-13-1-35-43

8. 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

9. Особенности цветения цианобактерий в центральной части Азовского моря по спутниковым данным / Н. В. Василенко [и др.] // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18, № 5. С. 166–180. doi: 10.21046/2070-7401-2021-18-5-166-180

10. Комплексный спутниковый мониторинг морей России / О. Ю. Лаврова [и др.]. Москва : ИКИ РАН, 2011. 480 c.

11. 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

12. Косенко Ю. В., Барабашин Т. О., Баскакова Т. Е. Динамика гидрохимических характеристик Азовского моря в современный период осолонения // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2017. № 3-1. С. 76–82. EDN ZOKXLB. doi: 10.23683/0321-3005-2017-3-1-76-82

13. Исследование водообмена в Керченском проливе по историческим данным и данным контактных измерений 2019 г. / И. Б. Завьялов [и др.] // Океанология. 2021. Т. 61, № 3. С. 377–386. EDN MJWWCC. doi: 10.31857/S0030157421030199

14. Матишов Г. Г., Григоренко К. С. Динамический режим Азовского моря в условиях осолонения // Доклады Российской академии наук. Науки о Земле. 2020. Т. 492, № 1. С. 107–112. EDN IOCNCJ. doi: 10.31857/S268673972005014X

15. Черкесов Л. В., Шульга Т. Я. Численный анализ влияния скорости и направления продолжительно действующего ветра на циркуляцию вод Азовского моря с учетом и без учета водообмена через Керченский пролив // Океанология. 2018. Т. 58, № 1. С. 23–33. EDN YPKSAA. doi: 10.7868/S0030157418010033

16. Еремеев В. Н., Иванов В. А., Ильин Ю. П. Океанографические условия и экологические проблемы Керченского пролива // Морской экологический журнал. 2003. Т. II, № 3. С. 27–40. EDN UBNGXV.

17. Иванов В. А., Черкесов Л. В., Шульга Т. Я. Учет влияния водообмена через Керченский пролив на сгонно-нагонные процессы и течения в Азовском море // Морской гидрофизический журнал. 2010. № 4. С. 3–14. EDN TOERTL.

18. Особенности водообмена через Керченский пролив по данным натурных наблюдений / Н. Н. Дьяков [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2016. № 1. С. 63–68. EDN VUYZNV.

19. Щербак С. С., Лаврова О. Ю., Митягина М. И. Возможности спутникового дистанционного зондирования для изучения влияния атмосферных процессов на формирование течений в Керченском проливе // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2007. Т. 4, № 4. С. 376–383. EDN NDPTIV.

20. 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. doi: 10.5194/os-16-15-2020

21. NEMO ocean engine / G. Madec [et al.]. France : IPSL, 2016. 412 p. (Note du Pôle de modélisation de l'Institut Pierre-Simon Laplace ; No. 27). doi: 10.5281/zenodo.3248739

22. Propagation of the Azov Sea waters in the Black sea under impact of variable winds, geostrophic currents and exchange in the Kerch Strait / A. A. Kubryakov [et al.] // Progress in Oceanography. 2019. Vol. 176. 102119. doi: 10.1016/j.pocean.2019.05.011

23. Кубряков А. А., Шокуров М. В., Станичный С. В. Характеристики облачности над Черноморским регионом в 1985–2009 гг. по спутниковым данным // Метеорология и гидрология. 2016. № 10. С. 41–49. EDN WTHXNZ.

Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2023; 39: 528-552

Propagation of the Black Sea Waters in the Sea of Azov Based on the Satellite Data and the NEMO Model

Vasilenko N. V., Aleskerova A. A., Kubryakov A. A., Mizyuk A. I., Stanichny S. V.

https://doi.org/10.22449/0233-7584-2023-4-

Abstract

Purpose. The paper is purposed at studying the dynamics and reasons of the Black Sea water inflows to the Sea of Azov, as well as the features of their seasonal variability.

Methods and Results. Medium and high resolution satellite data, and also the results of numerical modeling the salinity field of the Azov-Black Sea basin for 2008–2009 by the high resolution (1 km) NEMO model were used. The analysis showed that the transparent and salty Black Sea waters were recorded most frequently in the southern and southeastern parts of the Azov Sea during a cold season. Based on the satellite measurements, the maximum number of inflows was observed in November and March, and the minimum one – from June to October. Similar results were obtained from the data of numerical calculations for 2008–2009: in winter, intense salt water inflows to the Sea of Azov (the flow exceeds 20 tons/s) are observed in a third of cases, and in some cases, the estimated salt flux attains 60 tons/s, whereas in summer their number is close to zero. Further the Black Sea waters move predominantly in a cyclonic direction, sometimes reaching the basin center. In some cases, high density gradients induce the development of an intense cyclonic eddy near the strait at the front of the Black Sea water inflows. The simulation data made it possible to assess the relationship between the wind and the salt fluxes to the Sea of Azov. It is shown that this relationship is of a cubic nature that is partly explained by increase of the inflowing water salinity caused by the intensified vertical mixing during the storms.

Conclusions. The main hydrodynamic reasons for the Black Sea water inflows to the Sea of Azov and their seasonal variability are the following: 1) intense wind transfer during the south winds; 2) frontal currents at the boundary of upwellings near the Kerch Peninsula during the western and southwestern winds; 3) orbital currents of the passing anticyclones which are able to induce a northerly water transport in the strait at any wind conditions.

References

1. Gidrometeorologicheskie usloviya morei Ukrainy. T. 1 : Azovskoe more. Sevastopol', 2009. 400 c.

2. 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

3. Lomakin P. D., Borovskaya R. V. Vozmozhnost' kontrolya sistemy techenii v Kerchenskom prolive na baze sputnikovoi informatsii // Sistemy kontrolya okruzhayushchei sredy. Sevastopol', 2005. Vyp. 8. S. 255–257.

4. Spiridonova E. O., Panov B. N. Izmeneniya strukturnykh pokazatelei i srednego znacheniya polya solenosti vod Azovskogo morya // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2021. T. 37, № 3. S. 305–317. doi: 10.22449/0233-7584-2021-3-305-317

5. Panov B. N., Spiridonova E. O. Osobennosti izmenenii statisticheskikh kharakteristik gorizontal'noi struktury polya solenosti vod Azovskogo morya // Vodnye bioresursy i sreda obitaniya. 2020. T. 3, № 3. S. 17–24. EDN ZXDLTA. doi: 10.47921/2619-1024_2020_3_3_17

6. Berdnikov S. V., Dashkevich L. V., Kulygin V. V. Klimaticheskie usloviya i gidrologicheskii rezhim Azovskogo morya v KhKh – nachale KhKhI vv. // Vodnye bioresursy i sreda obitaniya. 2019. T. 2, № 2. S. 7–19. EDN WHVLZP. doi: 10.47921/2619-1024_2019_2_2_7

7. Matishov G. G., Grigorenko K. S., Moskovets A. Yu. Mekhanizmy osoloneniya Taganrogskogo zaliva v usloviyakh ekstremal'no nizkogo stoka Dona // Nauka Yuga Rossii. 2017. T. 13, № 1. S. 35–43. doi: 10.23885/2500-0640-2017-13-1-35-43

8. 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

9. Osobennosti tsveteniya tsianobakterii v tsentral'noi chasti Azovskogo morya po sputnikovym dannym / N. V. Vasilenko [i dr.] // Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2021. T. 18, № 5. S. 166–180. doi: 10.21046/2070-7401-2021-18-5-166-180

10. Kompleksnyi sputnikovyi monitoring morei Rossii / O. Yu. Lavrova [i dr.]. Moskva : IKI RAN, 2011. 480 c.

11. 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

12. Kosenko Yu. V., Barabashin T. O., Baskakova T. E. Dinamika gidrokhimicheskikh kharakteristik Azovskogo morya v sovremennyi period osoloneniya // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Severo-Kavkazskii region. Estestvennye nauki. 2017. № 3-1. S. 76–82. EDN ZOKXLB. doi: 10.23683/0321-3005-2017-3-1-76-82

13. Issledovanie vodoobmena v Kerchenskom prolive po istoricheskim dannym i dannym kontaktnykh izmerenii 2019 g. / I. B. Zav'yalov [i dr.] // Okeanologiya. 2021. T. 61, № 3. S. 377–386. EDN MJWWCC. doi: 10.31857/S0030157421030199

14. Matishov G. G., Grigorenko K. S. Dinamicheskii rezhim Azovskogo morya v usloviyakh osoloneniya // Doklady Rossiiskoi akademii nauk. Nauki o Zemle. 2020. T. 492, № 1. S. 107–112. EDN IOCNCJ. doi: 10.31857/S268673972005014X

15. Cherkesov L. V., Shul'ga T. Ya. Chislennyi analiz vliyaniya skorosti i napravleniya prodolzhitel'no deistvuyushchego vetra na tsirkulyatsiyu vod Azovskogo morya s uchetom i bez ucheta vodoobmena cherez Kerchenskii proliv // Okeanologiya. 2018. T. 58, № 1. S. 23–33. EDN YPKSAA. doi: 10.7868/S0030157418010033

16. Eremeev V. N., Ivanov V. A., Il'in Yu. P. Okeanograficheskie usloviya i ekologicheskie problemy Kerchenskogo proliva // Morskoi ekologicheskii zhurnal. 2003. T. II, № 3. S. 27–40. EDN UBNGXV.

17. Ivanov V. A., Cherkesov L. V., Shul'ga T. Ya. Uchet vliyaniya vodoobmena cherez Kerchenskii proliv na sgonno-nagonnye protsessy i techeniya v Azovskom more // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2010. № 4. S. 3–14. EDN TOERTL.

18. Osobennosti vodoobmena cherez Kerchenskii proliv po dannym naturnykh nablyudenii / N. N. D'yakov [i dr.] // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon morya. 2016. № 1. S. 63–68. EDN VUYZNV.

19. Shcherbak S. S., Lavrova O. Yu., Mityagina M. I. Vozmozhnosti sputnikovogo distantsionnogo zondirovaniya dlya izucheniya vliyaniya atmosfernykh protsessov na formirovanie techenii v Kerchenskom prolive // Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2007. T. 4, № 4. S. 376–383. EDN NDPTIV.