Роль долгопериодных волн (Россби, континентальных шельфовых и приливных волн) в формировании крупномасштабных течений океанов и морей

Номер гранта:06-05-64778
Область научного знания:науки о земле
Тип конкурса: («а» (до 2016))(«а») инициативные научные проекты
Год выполнения:2006г.
Руководитель: Филиппов Ю.Г.
Статус заявки:поддержана

Аннотация к заявке:

В замкнутых морях и океанах существуют энергетически мощные образования - крупномасштабные течения (КТ) и долгопериодные волны (ДВ) – Россби, континентальные шельфовые и приливные волны. Многое в поведении этих явлений указывает на то, что они физически связаны между собой. Традиционно считается, что КТ имеют ветровое (Экмановское) и термохалинное происхождение, а волны Россби и континентальные шельфовые образованы их неустойчивостью. Наряду с этим существует нетрадиционное представление об участии долгопериодных волн в формировании КТ, в частности через механизмы отрицательной вязкости или однонаправленного осредненного переноса масс воды, вызванного нелинейным взаимодействием волн. Именно так объясняется существование больших скоростей струйных течений (составная часть КТ) и устойчивый их характер [Каменкович,Кошляков, Монин,1982; Лаппо, 1980; Гилл,1986; Манк, Мур, 1968 и др.]. Однако до недавнего времени ни одна из этих гипотез не нашла убедительного экспериментального подтверждения. И только недавно нами впервые в результате анализа продолжительных измерений течений Каспийского моря (три года) и экваториальной зоны Тихого океана (пять лет) и Охотского моря (три месяца) удалось обосновать возможность образования крупномасштабных течений долгопериодными волнами. Была получена зависимость, из которой следует, что значительная часть скорости крупномасштабных течений связана с амплитудой колебания скорости течений долгопериодных волн V0 зависимостью: U' = KV0 (1), где К - постоянная величина; для условий экспериментов K ~ 1-2. Зависимость (1) практически функциональна, ибо имеет величину коэффициента корреляции в указанных экспериментах 0,8 - 0,9. Характер соотношения (1) указывает на то, что связь волн и течений носит одновременный характер по типу Лагранжева или Стоксова переноса, но имеет большую величину, чем эти переносы. Волны и их волновой перенос – крупномасштабные течения можно рассматривать как единое образование. Таким образом, в свете этих экспериментов, можно считать, что ДВ одно направленно переносят значительные массы воды и тем самым активно участвуют в формировании КТ. Довольно полное описание изложенного приведено в [Бондаренко, Жмур, Филиппов, Щевьёв. 2004]. Однако сейчас трудно ответить на вопрос, имеем ли мы дело с закономерностью для океанов и морей в целом или это некая случайность характерная для пунктов проведения экспериментов. Для ответа на этот вопрос в рамках выполнения указанной темы предполагается проанализировать связи волн и течений по различным пунктам Мирового океана и морям и тем самым обобщить выводы. Исходные измерения по этим пунктам имеются в Интернете. Моделирование предполагается выполнить с использованием трехмерных уравнений бароклинного моря (океана) с открытой свободной поверхностью и универсальным распределением плотности по вертикали [Филиппов, 1993]. Теоретическое обоснование волнового характера связей волн и течений скорее всего будет дано после их исследования. В результате выполнения проекта будет дана физическая трактовка механизмов формирования КТ под воздействием ДВ и получены количественные связи их параметров, оценена роль долгопериодных волн в формировании крупномасштабных течений. Использование обширного банка данных натурных измерений, как архивных, так и полученных в ходе выполнения проекта, современных методов анализа временных рядов (высокоразрешающие методы построения угловых спектров, спектральный анализ) и комплекса моделей для интерпретации наблюдающихся эффектов является основным инструментом исследования.

Аннотация к отчету по результатам реализации проекта:

Посредством анализа стационарных и дрифтерных измерений течений в морях и Мировом океане получена корреляционная связь крупномасштабных течений бассейна с амплитудой колебания скорости течений долгопериодных волн. Рассматривались течения Чёрного, Каспийского и Охотского морей, Гольфстрима, Куросио, Сомалийского, Экваториального течения Тихого океана. Связь оказалась высоко достоверной (коэффициент корреляции К=0,8 – 0,9) и одновременной, что позволяет долгопериодные волны и крупномасштабные течения рассматривать, как единый процесс. В настоящее время авторы проекта работают над объяснением механизма этой связи. Рассматриваются, в частности, и традиционные представления: механизм отрицательной вязкости, нелинейное взаимодействие волн, генерацию волн течениями за счет их неустойчивости. Проводятся гидродинамические расчеты течений, длинных волн и движения трассеров. Использование трассеров позволяет сопоставлять расчеты с наблюдениями за дрифтерами, определить общую картину движений водных масс в море и перемещение выделенных водных масс с определенными гидрологическими характеристиками как пассивной примеси. По результатам исследований коллективом подготовлено и сдано в печать три статьи: А.Л. Бондаренко, Е.В. Борисов, В.В. Жмур ” О длинноволновой природе морских и океанских течений”, 8 п. с., журнал “Океанология”; А.Л. Бондаренко, Е.В. Борисов, В.В. Жмур “Гольфстрим, его настоящее и будущее”, 15 стр, журнал “Природа”; Ю.Г.Филиппов “Характеристики турбулентности для расчетов распространения пассивной примеси методом трассеров в поверхностном слое моря”, Труды Государственного океанографического института (ГОИН), вып. 210.
Аннотации к заявке и отчету приведены в авторской редакции. по состоянию на 06.03.2021.
Помог ли вам материал?
0    0