Оценка интенсивности вертикального турбулентного обмена в слое основного пикноклина на прикерченском участке шельфа Черного моря

Д. А. Казаков*, А. С. Самодуров

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

* e-mail: engineer.dk@mail.ru

Аннотация

Исследована сезонная изменчивость коэффициента вертикального турбулентного обмена в верхнем стратифицированном слое Черного моря. Используемые в работе данные экспедиций, содержащие сведения о микроструктуре физических полей, были получены в различные гидрологические сезоны и охватывали северо-восточную часть Черного моря в районе прикерченского участка склона шельфа. Сбор данных осуществлялся в рейсах НИС «Профессор Водяницкий» в 2016–2019 гг. с использованием зондирующего комплекса «Сигма-1». На основе полуэмпирических методов оценки вертикального турбулентного обмена в глубоководной области Черного моря по пульсационным характеристикам потока установлена зависимость коэффициента вертикальной турбулентной диффузии K от частоты плавучести N в исследуемом слое с построением соответствующих графиков и их аппроксимирующими степенными зависимостями K ≅ A ⋅ N α. Проанализировано вертикальное распределение коэффициента K с глубиной. Выполнен сравнительный анализ полученных зависимостей и результатов 1.5D-модели. Анализ данных измерений показал, что полученные в работе результаты не противоречат исходной модели. Результаты работы также можно использовать для оценки вертикальных потоков тепла, соли и других растворенных химических и биологических веществ в зависимости от стратификации в исследуемой части Черного моря для различных сезонов.

Ключевые слова

диссипация энергии, стратифицированные слои, турбулентный обмен, частота плавучести, измерительный комплекс, моделирование турбулентности, прикерченский участок, обрушение внутренних волн

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания по теме № 0827-2019-0003 «Океанологические процессы».

Для цитирования

Казаков Д. А., Самодуров А. С. Оценка интенсивности вертикального турбулентного обмена в слое основного пикноклина на прикерченском участке шельфа Черного моря // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2021. № 2. С. 94–105. EDN RFDEWU. doi:10.22449/2413-5577-2021-2-94-105

Kazakov, D.A. and Samodurov, A.S., 2021. Estimation of the Vertical Turbulent Exchange Intensity in the Main Pycnocline Layer in the Prikerchensky Area of the Black Sea Shelf. Ecological Safety of Coastal and Shelf Zones of Sea, (2), pp. 94–105. doi:10.22449/2413-5577-2021-2-94–105 (in Russian).

DOI

10.22449/2413-5577-2021-2-94-105

Список литературы

  1. Wunsch C., Ferrari R. Vertical mixing, energy, and the general circulation of the oceans // Annual Review of Fluid Mechanics. 2004. Vol. 36. P. 281–314. https://doi.org/10.1146/annurev.fluid.36.050802.122121
  2. Измерительный комплекс «Сигма-1» для исследования мелкомасштабных характеристик гидрофизических полей в верхнем слое моря / А. С. Самодуров [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2005. № 5. C. 60–71.
  3. Samodurov A. S., Ivanov L. I. Mixing and energy dissipation rate in Mediterranean seas: an intercomparison of existing models // Proceeding of the “Second International Conference on Oceanography of the Eastern Mediterranean and Black Sea: Similarities and differences of two interconnected basins”. Ankara : Tübitak Publishers, 2003. P. 369–375.
  4. Самодуров А. С., Любицкий А. А., Пантелеев Н. А. Вклад опрокидывающихся внутренних волн в структурообразование, диссипацию энергии и вертикальную диффузию в океане // Морской гидрофизический журнал. 1994. № 3. С. 14–27.
  5. Gregg M. C. Variations in the intensity of small-scale mixing in the main thermocline // Journal of Physical Oceanography. 1977. Vol. 7, № 3. P. 436–454. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1977)007<0436:VITIOS>2.0.CO;2
  6. McEwen A. D. The kinematics of stratified mixing through internal wavebreaking // Journal of Fluid Mechanics. 1983. Vol. 128. P. 47–57. doi:10.1017/S0022112083000373
  7. Osborn T. R. Estimates of the local rate of vertical diffusion from dissipation measurements // Journal of Physical Oceanography. 1980. Vol. 10, iss. 1. P. 83–89. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1980)010<0083:EOTLRO>2.0.CO;2
  8. Gregg M. С. Scaling turbulent dissipation in the thermocline // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1989. Vol. 94, iss. C7. P. 9686–9698. doi:10.1029/JC094iC07p09686
  9. Самодуров А. С. Взаимодополняемость различных подходов для оценки интенсивности вертикального турбулентного обмена в естественных стратифицированных бассейнах // Морской гидрофизический журнал. 2016. № 6. С. 37–48. doi:10.22449/0233-7584-2016-6-37-48
  10. Бассейновая циркуляция и мезомасштабная динамика Черного моря под ветровым воздействием / А. Г. Зацепин [и др.] // Современные проблемы динамики океана и атмосферы: сборник статей, посвященный 100-летию со дня рождения проф. П. С. Линейкина / Под ред. А. В. Фролова, Ю. Д. Реснянского. М. : Триада, 2010. С. 347–368.
  11. 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
  12. Munk W. Internal waves and small-scale processes // Evolution of Physical Oceanography / B. A. Warren, C. Wunsch (eds). MIT Press, 1981. P. 264–291.

Текст статьи

Русскоязычная версия (PDF)

Англоязычная версия (PDF)