Применение Лагранжевого моделирования для анализа вихревой динамики в районе Бенгельского апвеллинга

Апвеллинг представляет собой явление, вызванное переносом Экмана в прибрежной зоне, обусловленным ветрами вдоль берега, береговыми течениями или прохождением волны Кельвина. Исследование этого процесса имеет важное значение для понимания биологических и физических процессов в океане.
Наша работа фокусируется на акватории у юго-западного побережья Африки в районе Бенгельского апвеллинга (10-36° ю.ш., 0° в.д.-20° в.д.), где сильные южные и юго-восточные пассатные ветры содействуют максимально интенсивному проявлению апвеллинга. Образующийся в результате апвеллинга фронтальная зона формирует бароклинные и баротропные неустойчивости, способствуя образованию мезомасштабных вихрей. Эти вихри играют ключевую роль в транспортировке питательных веществ и биологических компонентов в морской экосистеме. Важно отметить, что, в отличие от Канарского апвеллинга, исследования переноса воды вихрями Бенгельского апвеллинга остаются недостаточно исследованными.
Цель нашей работы - анализ траекторий, свойств и количественная оценка мезомасштабных вихрей в зоне Бенгельского апвеллинга, а также их роль в транспорте апвеллинговых вод.
Мы использовали данные о температуре и солености с 1993 по 2020 год из глобального океанического реанализа GLORYS12V1, с пространственным разрешеним 1/12°, а также данные о мезомасштабных вихрях из продукта "MESOSCALE EDDY TRAJECTORY ATLAS PRODUCT META 3.2 DT" за период с 1993 по 2021 год. Мы использовали альтиметрические данные AVISO с 1993 по 2020 г., доступные на портале Aviso+ (http://www.aviso.altimetry.fr/en/data/products/auxiliary-products/mss.html).
Мы определяем зону апвеллинга по градиентам температуры и солености в прибрежной области на основе данных реанализа, а также применяем лагранжев анализ (Prants et al., 2017) и алгоритм AMEDA (Le Vu et al., 2018) для изучения свойств вихрей.
Наши результаты свидетельствуют о преобладании циклонов апвеллингового происхождения, которые обладают большей устойчивостью и продолжительностью жизни по сравнению с антициклонами. Они перемещаются на запад под влиянием β-эффекта на расстояние до 500 км, в то время как антициклоны - до 300 км. Это является принципиальным отличием вихрей апвеллингового происхождения от других мезомасштабных вихрей в данном регионе. Мы показали, что географическое расположение максимальных значений генераций циклонов и антициклонов на одну ячейку географической сетки (1°×1°) различно. Это означает, что в одних ячейках образуются преимущественно циклоны, в других – антициклоны, что указывает на локализацию ячеек апвеллинга и зон повышенной неустойчивости.
Методы Лагранжевого моделирования и AMEDA позволили нам оценить фактическое распространение частиц апвеллинга, обнаружив, что они перемещаются не только зонально, но и меридионально, заполняя весь регион. Наши результаты подтверждают, что вихри апвеллингового происхождения переносят воду на запад. Анализ контуров мезомасштабных вихрей на каждый день показал, что их динамика сохраняется, несмотря на потерю апвеллинговых частиц по мере движения на запад. Таким образом, наши результаты показывают, что превышение орбитальной скорости к скорости перемещения вихря и показатель нелинейности >1, вовсе не означает, что захваченные вихрем в момент генерации воды переносятся на большие расстояния.