Нелинейное взаимодействие волн Россби с зональным течением (на примере АЦТ по данным спутниковой альтиметрии)

В последние годы наблюдавшийся прогресс в области дистанционного зондирования Земли способствовал развитию эмпирических представлений о волнах Россби в океане, которые проявляются в океане в виде мезомасштабных вихрей. Скорости перемещения мезомасштабных вихрей, в целом, неплохо согласуются с дисперсионными соотношениями бароклинных волн Россби, хотя при этом многие авторы замечают, что эмпирические скорости несколько превышают теоретические фазовые скорости, полученные в линейном приближении для гармонических волн. В области мощных струйных течений линейная теория не работает. Как показывают спутниковые наблюдения, в области АЦТ мезомасштабные вихри перемещаются не только западном, но и в восточном направлении, а само АЦТ является волноводом, в котором захватывается кинетическая энергия мезомасштабных вихрей.
Основная проблема описания взаимодействия волн Россби с АЦТ заключается в том, что предлагаемые теории исходят из предположения, что скорости среднего потока и волн сравнимы, а критический слой образуется лишь тогда, когда скорости становятся равны. Однако с развитием спутниковой альтиметрии и накопления данных появилась реальная возможность оценки этих скоростей. Оказалось, что скорости АЦТ значительно превышают скорости волн Россби, характерные для этих широт. Это обстоятельство делает непригодными ранее выдвинутые теории описания волн Россби на течении, в которых скорости течения и волн принимались сравнимыми или равными по величинам. В данном исследовании мы предлагаем новый подход, который свободен от подобного рода ограничений. Новое дисперсионное уравнение мы проверяем при помощи данных спутниковой альтиметрии для области, расположенной в зоне АЦТ. Анализируется изменчивость уровня по данным спутниковой альтиметрии для региона, расположенного в Антарктическом циркумполярном течении (АЦТ). Применяется новая оригинальная нелинейная теория, в которой нелинейность в длинноволновом приближении в точности компенсирует доплеровский сдвиг. Это позволяет получить принципиально новое дисперсионное соотношение для волн Россби на струйном потоке. Новый теоретический подход верифицируется для волн Россби в АЦТ. Для области, расположенной в зоне АЦТ, проводится сравнение эмпирических скоростей, рассчитанных по альтиметрическим данным, и теоретических фазовых скоростей волн, определенных по нелинейному дисперсионному соотношению с использованием эквивалентного β-эффекта. Сравнение показывает, что полученное в рамках нелинейного подхода новое дисперсионное соотношение позволяет описать перемещение, как в западном, так и в восточном направлении, мезомасштабных вихрей в поле аномалий уровня, идентифицируемых, как волны Россби.
Предложенная нелинейная теория может быть применена для других областей Мирового океана.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 17-05-00034.