Инерционные колебания и завихренность течений в центральной части Японского моря (по данным поверхностных буев в октябре – ноябре 2011 г.)

Два поверхностных буя типа SVP/30T (Surface Velocity Program) от компании “Марлин-Юг” (Мотыжев, 2016) были выпущены в районе к югу от залива Петра Великого Японского моря 4 октября 2011 г. в 54-м рейсе НИС «Профессор Гагаринский». Оба буя, получившие в системе Argos идентификаторы Р172 и Р174, сначала дрейфовали с течениями в этом районе, но вскоре, после резкого усиления ветра и, вероятно, потери парусов, стали двигаться преимущественно под воздействием ветра по почти параллельным траекториям, за полтора месяца пересекли море и были выброшены на берег в северной части о. Хонсю. Дрейф этих буев подробно обсуждался в работе (Трусенкова и др., 2021). Значительное влияние на дрейф оказали синоптические вихри, особенно в зоне Цусимского течения в восточной части моря. В работе (Трусенкова и др., 2021) отмечалось также наличие инерционных колебаний буев и их усиление при усилении ветра. Ранее было установлено, что эффективная частота инерционных колебаний отклоняется от инерционной частоты под воздействием относительной завихренности течений: циклоническая завихренность увеличивает ее, а антициклоническая уменьшает (Kunze, 1985). В этой связи целью данной работы является анализ изменений эффективной частоты инерционных колебаний поверхностных буев и оценка завихренности фоновых течений в сравнении с оценками по альтиметрическим данным, а также качественное сравнение с динамическими структурами по спутниковым ИК изображениям.

Для анализа инерционных колебаний используются вейвлетные ротари-спектры векторной скорости дрейфа (Liu, Miller, 1996), которые являются обобщением ротари-спектров Фурье (Gonella, 1972) и применимы к нестационарным временным рядам. Инерционные колебания дают максимумы на соответствующей частоте в антициклоническом ротари-спектре. С помощью вейвлетных ротари-спектров выявлено, что в определенные периоды времени эффективная частота инерционных колебаний отклонялась от инерционной частоты на широте дрейфа, что можно объяснить влиянием относительной завихренности течений: циклоническая завихренность увеличивает ее, а антициклоническая уменьшает (Kunze, 1985). Сделана оценка относительной завихренности течений в районе дрейфа по формуле Ro = 2(T-i/T-eff – 1), где Ro – число Россби со знаком (положительное для циклонической завихренности и отрицательное для антициклонической), T-eff – эффективный период инерционных колебаний, T-i – локальный инерционный период (Kunze, 1985). Анализ проводился для временных интервалов длительностью больше инерционного периода, когда мощность спектров была статистически значима (на уровне 90%), в качестве T-eff принимался период, на который приходилась максимальная мощность спектра в диапазоне 0.6–1.0 сут, а абсолютная величина Ro превышала 0.1, т.е. фоновый поток находился в квазигеострофическом режиме.

Во время дрейфа обоих буев выявлены события (временные интервалы) длительностью от 19 час до 5 сут, когда фоновые течения находились в квазигеострофическом режиме (|Ro| > 0.1). Для Р172 было 4 события с циклонической (со средней Ro от 0.12 до 0.29) и 5 событий с антициклонической (со средней Ro от -0.11 до -0.38) завихренностью, для Р174 – 3 и 4 таких событий, со средней Ro от 0.1 до 0.35 и от -0.15 до -0.53 соответственно. В период с 4 по 11 октября буи дрейфовали, в основном, под воздействием течений над континентальным склоном к югу от залива Петра Великого (Трусенкова и др., 2021), что подтверждается характером мезомасштабных структур на ИК изображениях. Для воспроизведения этих структур данные альтиметрии недостаточно детальны, что объясняет несоответствие течений и Ro по дрейфу и альтиметрии. Качественное соответствие наблюдается для крупных (100–150 км) антициклонических вихрей, особенно в зоне Цусимского течения в восточной части моря. Вместе с тем, оценки по альтиметрическим данным (Ro = -0.01/-0.03) оказываются в 5–10 раз ниже, чем по буям (Ro = -0.2/-0.4), что объясняется недостаточным разрешением альтиметрических данных. Расхождение знака оценок имело место в районе между 136 и 138 град в.д. (к югу от 40 град. с.ш.), где данные альтиметрии показывали крупный циклонический вихрь, сквозь который продрейфовал Р172, причем в это время вдоль траектории дрейфа наблюдалась антициклоническая завихренность с Ro от -0.11 до -0.45. Спутниковые ИК изображения показывают чередование холодных и теплых вод в этом районе, но зона холодных вод, которую можно было бы отождествить с циклоническим вихрем, не просматривается.