Структура мезомасштабных вихрей в Черном море: численное моделирование и спутниковые наблюдения

Исследованию мезомасштабных вихрей (МВ), играющих важную роль в тепло- и массообмене в океане, в последние годы уделяется значительное внимание в связи с бурным развитием различных методов их обнаружения и наблюдения за ними. Для анализа структуры МВ и их поведения используются численные модели, инструментальные измерения и спутниковые наблюдения. Гибридный подход, объединяющий эти методы, позволяет получать пространственную структуру МВ, а также характер их воздействия на структуру окружающих полей. Для Черного моря, моделирование мезомасштабной циркуляции проводилось с помощью вихреразрешающей (1/30 град) гидродинамической модели DieCAST [1], низкая диссипация которой позволяет надежно воспроизводить мезомасштабные неоднородности гидрофизических полей и их влияния на перенос вещества в море [2].
Для выявления и исследования эволюции МВ, а также их пространственной структуры применялся метод Окубо-Вейса (OW) [3, 4] и его модифицированный вариант MOW [5]. Параметр OW позволяет исследовать отношение нормальных и касательных компонент деформации к относительной завихренности потока, а MOW позволяет идентифицировать образования с различной завихренностью, т.е. разделять циклонические (ЦВ) к антициклонические вихри (АЦВ). При этом пространственное распределение параметра OW позволяет выделять области, где преобладает завихренность (вихревые ядра) и отделить их от окружающих областей, где доминирует деформация поля скорости течения. Параметр MOW позволяет выделять сильные когерентные вихри (ЦВ и АЦВ) и исключать меандры и слабые волнообразные вихри.
В Черном море анализ численных расчетов мезомасштабной циркуляции [6] с использованием параметра MOW выявил цепочку регулярных ЦВ и АЦВ вдоль некоторых секторов Основного черноморского течения (ОЧТ). При этом в осенне-зимний период с усилением и устойчивостью ОЧТ наблюдается увеличение количества мезомасштабных вихрей, а в весенне-летний период c ослаблением ОЧТ и усилением его меандрирования количество вихрей уменьшается, но их ядра становятся более выраженными и устойчивыми. В предлагаемой работе исследован характер пространственной структуры ЦВ и АЦВ и, в частности, распределении в них завихренности и вертикальной скорости по глубине.
Особое внимание в работе уделяется анализу структуры прибрежных АЦВ и их взаимодействию с ОЧТ, ведущее к генерации прибрежных субмезомасштабных вихрей разной завихренности, а также идентификации вихрей при анализе и сравнении численных расчетов и спутниковых наблюдений.
Работа выполнена при поддержке Российского Научного Фонда (Грант №18-17-00156).