Морской гидрофизический журнал. 2023; 39: 779-796
Региональные особенности плотностной стратификации вод и характеристик внутренних волн в арктических морях
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2023-6-779-796Аннотация
Цель. Обобщить результаты исследований пространственно-временной изменчивости плотностной стратификации вод и характеристик внутренних волн в морях Баренцевом, Карском, Лаптевых, Восточно-Сибирском, Чукотском и Бофорта – цель настоящей работы.
Методы и результаты. На основе данных World Ocean Atlas в узлах сетки 0,25° × 0,25° за период 1959–2020 гг. рассчитывались среднемесячные профили частоты плавучести. Для изучения вертикальной структуры и дисперсионных свойств внутренних волн находились собственные значения и собственные функции основной краевой задачи типа Штурма – Лиувилля при фиксированных значениях волнового числа. Выявлены региональные особенности вертикальной структуры и внутригодовой изменчивости частоты Вяйсяля – Брента. Выполнен анализ связи вертикальной структуры плотности вод и характеристик свободных внутренних волн в рассматриваемых морях.
Выводы. Показано, что максимальная устойчивость вод в Баренцевом море наступает в июле – августе, в Карском море – в сентябре и ноябре, в море Лаптевых – в июне – ноябре, в Восточно-Сибирском и Чукотском морях – в июле, в море Бофорта – в июне. В эти же месяцы отмечаются наименьшие значения амплитуды вертикальной составляющей скорости и наименьшие собственные периоды внутренних волн. Глубина залегания максимальных значений амплитуды вертикальной составляющей скорости внутренних волн превышает глубину залегания максимальных значений градиента плотности примерно на 10–20 м.
Список литературы
1. Atlantic sources of the Arctic Ocean surface and halocline waters / B. Rudels [et al.] // Polar Research. 2004. Vol. 23, iss. 2. P. 181–208. https://doi.org/10.3402/polar.v23i2.6278
2. Ivanov V. V., Frolov I. E., Filchuk K. V. Transformation of Atlantic Water in the north-eastern Barents Sea in winter // Проблемы Арктики и Антарктики. 2020. Т. 66, № 3. С. 246–266. https://doi.org/10.30758/0555-2648-2020-66-3-246-266
3. Фёдорова З. П., Янкина З. С. Поступление тихоокеанской воды через Берингов пролив в Чукотское море // Океанология. 1963. Т. III, вып. 5. С. 777–784.
4. Bukatov A. A., Pavlenko E. A., Solovei N. M. River runoff influence on the density stratification of the russian arctic seas // Processes in GeoMedia / Ed. T. Chaplina. Switzerland, Cham : Springer, 2023. P. 523–536. (Springer Geology Series ; vol. VI). https://doi.org/10.1007/978-3-031-16575-7
5. Букатов А. А., Павленко Е. А., Соловей Н. М. Особенности пространственно-временной изменчивости частоты Вяйсяля – Брента в Баренцевом и Карском морях // Процессы в геосредах. 2018. № 3. С. 1004–1013.
6. Букатов А. А., Павленко Е. А., Соловей Н. М. Региональные особенности распределения частоты Вяйсяля – Брента в морях Лаптевых и Восточно-Сибирском // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 5. С. 437–448. doi:10.22449/0233-7584-2019-5-437-448
7. Букатов А. Е., Павленко Е. А. Пространственно-временная изменчивость распределения частоты плавучести в Чукотском море // Процессы в геосредах. 2017. № 3 (12). С. 573–579.
8. Букатов А. А., Соловей Н. М., Павленко Е. А. Свободные короткопериодные внутренние волны в арктических морях России // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37, № 6. С. 645–658. doi:10.22449/0233-7584-2021-6-645-658
9. Букатов А. А., Соловей Н. М., Павленко Е. А. Оценка связи дисперсионных свойств свободных внутренних волн и вертикальной структуры поля плотности в Баренцевом и Карском морях // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 1. С. 20–30. doi:10.22449/0233-7584-2020-1-20-30
10. Букатов А. А., Павленко Е. А., Соловей Н. М. Влияние материкового стока на плотностную стратификацию морей Лаптевых и Восточно-Сибирского // Процессы в геосредах. 2021. № 2 (28). С. 1093–1100.
11. World Ocean Atlas 2018. Volume 1 : Temperature / R. A. Locarnini [et al.] ; techn. ed. A. Mishonov. Silver Spring, MD : U.S. Department of Commerce, 2019. 52 p. (NOAA Atlas NESDIS 81). URL: https://www.ncei.noaa.gov/sites/default/files/2021-03/woa18_vol1.pdf (date of access: 31.10.2021).
12. World Ocean Atlas 2018. Volume 2 : Salinity / M. M. Zweng [et al.] ; techn. ed. A. Mishonov. Silver Spring, MD : U.S. Department of Commerce, 2019. 50 p. (NOAA Atlas NESDIS 82). URL: https://www.ncei.noaa.gov/sites/default/files/2020-04/woa18_vol2.pdf (date of access: 31.10.2021).
13. Гриценко В. А., Красицкий В. П. Об одном способе расчета дисперсионных соотношений и собственных функций внутренних волн в океане по данным натурных измерений // Океанология. 1982. Т. XXII, вып. 4. С. 545–549.
14. Козлов И. Е., Кудрявцев В. Н., Сандвен С. Некоторые результаты исследования внутренних волн в Баренцевом море методами радиолокационного зондирования из космоса // Проблемы Арктики и Антарктики. 2010. № 3. С. 60–69. EDN NDLAFR.
15. Короткопериодные внутренние волны в Белом море: оперативный подспутниковый эксперимент летом 2012 г. / А. В. Зимин [и др.] // Исследование Земли из космоса. 2014. № 3. С. 41–55. doi:10.7868/S0205961414030087
16. Характеристики поля короткопериодных внутренних волн в Карском море по данным спутниковых радиолокационных измерений / И. Е. Козлов [и др.] // Исследование Земли из космоса. 2015. № 4. С. 44–59. doi:10.7868/S0205961415040053
17. Трансформация бризера внутренних волн первой моды над вертикальным уступом в трехслойной жидкости / П. В. Лобовиков [и др.] // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2019. Т. 55, № 6. С. 182–193. https://doi.org/10.31857/S0002-3515556182-193
18. Воды Баренцева моря: структура, циркуляция, изменчивость / В. К. Ожигин [и др.]. Мурманск : ПИНРО, 2016. 260 с.
19. Осадчиев А. А. Речные плюмы. М. : Научный мир, 2021. 286 с. EDN TLSXFF.
20. Петров К. М. Принципы физико-географической дифференциации арктических морей: Карское море // Известия Российской академии наук. Серия географическая. 2008. № 6. С. 19–30. EDN JUPKSH.
21. Тимофеев В. Т. Устойчивость вод Баренцева моря // Проблемы Арктики. 1944. Вып. 3. С. 5–37.
22. Межгодовая изменчивость распространения речных вод в Карском море / В. В. Иванов [и др.] // Труды ААНИИ. 1984. Т. 368. С. 74–81.
23. Changing Arctic Ocean freshwater pathways / J. Morison [et al.] // Nature. 2012. Vol. 481. P. 66–70. doi:10.1038/nature10705
24. Каган Б. А., Тимофеев А. А., Софьина Е. В. Сезонная изменчивость поверхностного и внутреннего М2 приливов в Северном Ледовитом океане // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2010. Т. 46, № 5. С. 703–714. EDN MVSEPT.
25. Поверхностные и внутренние волны в арктических морях / Под ред. И. В. Лавренова, Е. Г. Морозова. СПб. : Гидрометеоиздат, 2002. 362 с.
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2023; 39: 779-796
Regional Features of Water Density Stratification and Internal Wave Characteristics in the Arctic Seas
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2023-6-779-796Abstract
Purpose. The work is purposed at summarizing the results of studies both of the spatio-temporal variability of water density stratification and the internal wave characteristics in the Barents, Kara, Laptev, East Siberian, Chukchi and Beaufort seas.
Methods and Results. Based on the World Ocean Atlas data, the average monthly profiles of buoyancy frequency were calculated at the 0.25° × 0.25° grid points for 1959–2020. To study the vertical structure and dispersion characteristics of internal waves, the eigenvalues and eigenfunctions of the main boundary value problem of the Sturm – Liouville type were found at the fixed values of a wave number. The regional features of vertical structure and intra-annual variability of the Väisälä – Brunt frequency were revealed. The relationship between the water density vertical structure and the free internal wave characteristics in the seas under consideration was analyzed.
Conclusions. It is shown that maximum water stability in the Barents Sea takes place in July – August, in the Kara Sea – in September and November, in the Laptev Sea – from June to November, in the East Siberian and Chukchi seas – in July, and in the Beaufort Sea – in June. In the same months, the smallest values of the amplitude of vertical velocity component as well as the smallest own periods of internal waves are noted. The depth of maximum values of the vertical component amplitude of internal wave velocities exceeds that of the density gradient maximum values by about 10–20 m.
References
1. Atlantic sources of the Arctic Ocean surface and halocline waters / B. Rudels [et al.] // Polar Research. 2004. Vol. 23, iss. 2. P. 181–208. https://doi.org/10.3402/polar.v23i2.6278
2. Ivanov V. V., Frolov I. E., Filchuk K. V. Transformation of Atlantic Water in the north-eastern Barents Sea in winter // Problemy Arktiki i Antarktiki. 2020. T. 66, № 3. S. 246–266. https://doi.org/10.30758/0555-2648-2020-66-3-246-266
3. Fedorova Z. P., Yankina Z. S. Postuplenie tikhookeanskoi vody cherez Beringov proliv v Chukotskoe more // Okeanologiya. 1963. T. III, vyp. 5. S. 777–784.
4. Bukatov A. A., Pavlenko E. A., Solovei N. M. River runoff influence on the density stratification of the russian arctic seas // Processes in GeoMedia / Ed. T. Chaplina. Switzerland, Cham : Springer, 2023. P. 523–536. (Springer Geology Series ; vol. VI). https://doi.org/10.1007/978-3-031-16575-7
5. Bukatov A. A., Pavlenko E. A., Solovei N. M. Osobennosti prostranstvenno-vremennoi izmenchivosti chastoty Vyaisyalya – Brenta v Barentsevom i Karskom moryakh // Protsessy v geosredakh. 2018. № 3. S. 1004–1013.
6. Bukatov A. A., Pavlenko E. A., Solovei N. M. Regional'nye osobennosti raspredeleniya chastoty Vyaisyalya – Brenta v moryakh Laptevykh i Vostochno-Sibirskom // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2019. T. 35, № 5. S. 437–448. doi:10.22449/0233-7584-2019-5-437-448
7. Bukatov A. E., Pavlenko E. A. Prostranstvenno-vremennaya izmenchivost' raspredeleniya chastoty plavuchesti v Chukotskom more // Protsessy v geosredakh. 2017. № 3 (12). S. 573–579.
8. Bukatov A. A., Solovei N. M., Pavlenko E. A. Svobodnye korotkoperiodnye vnutrennie volny v arkticheskikh moryakh Rossii // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2021. T. 37, № 6. S. 645–658. doi:10.22449/0233-7584-2021-6-645-658
9. Bukatov A. A., Solovei N. M., Pavlenko E. A. Otsenka svyazi dispersionnykh svoistv svobodnykh vnutrennikh voln i vertikal'noi struktury polya plotnosti v Barentsevom i Karskom moryakh // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2020. T. 36, № 1. S. 20–30. doi:10.22449/0233-7584-2020-1-20-30
10. Bukatov A. A., Pavlenko E. A., Solovei N. M. Vliyanie materikovogo stoka na plotnostnuyu stratifikatsiyu morei Laptevykh i Vostochno-Sibirskogo // Protsessy v geosredakh. 2021. № 2 (28). S. 1093–1100.
11. World Ocean Atlas 2018. Volume 1 : Temperature / R. A. Locarnini [et al.] ; techn. ed. A. Mishonov. Silver Spring, MD : U.S. Department of Commerce, 2019. 52 p. (NOAA Atlas NESDIS 81). URL: https://www.ncei.noaa.gov/sites/default/files/2021-03/woa18_vol1.pdf (date of access: 31.10.2021).
12. World Ocean Atlas 2018. Volume 2 : Salinity / M. M. Zweng [et al.] ; techn. ed. A. Mishonov. Silver Spring, MD : U.S. Department of Commerce, 2019. 50 p. (NOAA Atlas NESDIS 82). URL: https://www.ncei.noaa.gov/sites/default/files/2020-04/woa18_vol2.pdf (date of access: 31.10.2021).
13. Gritsenko V. A., Krasitskii V. P. Ob odnom sposobe rascheta dispersionnykh sootnoshenii i sobstvennykh funktsii vnutrennikh voln v okeane po dannym naturnykh izmerenii // Okeanologiya. 1982. T. XXII, vyp. 4. S. 545–549.
14. Kozlov I. E., Kudryavtsev V. N., Sandven S. Nekotorye rezul'taty issledovaniya vnutrennikh voln v Barentsevom more metodami radiolokatsionnogo zondirovaniya iz kosmosa // Problemy Arktiki i Antarktiki. 2010. № 3. S. 60–69. EDN NDLAFR.
15. Korotkoperiodnye vnutrennie volny v Belom more: operativnyi podsputnikovyi eksperiment letom 2012 g. / A. V. Zimin [i dr.] // Issledovanie Zemli iz kosmosa. 2014. № 3. S. 41–55. doi:10.7868/S0205961414030087
16. Kharakteristiki polya korotkoperiodnykh vnutrennikh voln v Karskom more po dannym sputnikovykh radiolokatsionnykh izmerenii / I. E. Kozlov [i dr.] // Issledovanie Zemli iz kosmosa. 2015. № 4. S. 44–59. doi:10.7868/S0205961415040053
17. Transformatsiya brizera vnutrennikh voln pervoi mody nad vertikal'nym ustupom v trekhsloinoi zhidkosti / P. V. Lobovikov [i dr.] // Izvestiya Rossiiskoi akademii nauk. Fizika atmosfery i okeana. 2019. T. 55, № 6. S. 182–193. https://doi.org/10.31857/S0002-3515556182-193
18. Vody Barentseva morya: struktura, tsirkulyatsiya, izmenchivost' / V. K. Ozhigin [i dr.]. Murmansk : PINRO, 2016. 260 s.
19. Osadchiev A. A. Rechnye plyumy. M. : Nauchnyi mir, 2021. 286 s. EDN TLSXFF.
20. Petrov K. M. Printsipy fiziko-geograficheskoi differentsiatsii arkticheskikh morei: Karskoe more // Izvestiya Rossiiskoi akademii nauk. Seriya geograficheskaya. 2008. № 6. S. 19–30. EDN JUPKSH.
21. Timofeev V. T. Ustoichivost' vod Barentseva morya // Problemy Arktiki. 1944. Vyp. 3. S. 5–37.
22. Mezhgodovaya izmenchivost' rasprostraneniya rechnykh vod v Karskom more / V. V. Ivanov [i dr.] // Trudy AANII. 1984. T. 368. S. 74–81.
23. Changing Arctic Ocean freshwater pathways / J. Morison [et al.] // Nature. 2012. Vol. 481. P. 66–70. doi:10.1038/nature10705
24. Kagan B. A., Timofeev A. A., Sof'ina E. V. Sezonnaya izmenchivost' poverkhnostnogo i vnutrennego M2 prilivov v Severnom Ledovitom okeane // Izvestiya Rossiiskoi akademii nauk. Fizika atmosfery i okeana. 2010. T. 46, № 5. S. 703–714. EDN MVSEPT.
25. Poverkhnostnye i vnutrennie volny v arkticheskikh moryakh / Pod red. I. V. Lavrenova, E. G. Morozova. SPb. : Gidrometeoizdat, 2002. 362 s.
