Осциллирующий пограничный слой на шельфе и его роль в диссипации кинетической энергии общей и мезомасштабной циркуляции вод Черного моря

Суб-мезомасштабная (1-10 км) и короткопериодная (1-100 часов) изменчивость гидрофизической структуры и динамики вод на узком шельфе Черного моря в районе г. Геленджик является предметом исследований, проводимых Институтом океанологии им. Ширшова РАН на протяжении последних пяти лет. Путем проведения инструментальных измерений, а также с использованием спутниковой информации высокого разрешения, установлено, что в значительной степени она связана с формированием и перемещением вдоль берега шельфовых суб-мезомасштабных вихрей, диаметр которых обычно не превышает 6-8 км. Эти вихри не являются квази-геострофическими, а время их жизни не превышает нескольких суток, поэтому их можно считать высоко диссипативными динамическими структурами. Их формирование происходит, главным образом, под влиянием внешней циркуляции, т.е. течений над континентальным склоном и в глубоководной зоне. Наиболее распространенными физическими механизмами формирования вихрей на шельфе являются, как минимум, два. Один из них обусловлен сдвиговой неустойчивостью вдольберегового течения. Это подтверждается тем фактом, что при юго-восточном вдольбереговом течении на шельфе доминируют циклонические вихри, а при северо-западном - антициклонические. Другой механизм связан с обтеканием орографических и топографических неоднородностей. При этом "ложбинах" береговой черты, в зоне отрыва струи вдольберегового течения от мысов, периодически формируются интенсивные шельфовые вихри. Они перемещаются вдоль берега и производят водообмен поперек шельфа [1, 2].
В работе также проанализированы результаты измерений, выполненных донной станцией ADCP RDI 600 кГц, регистрировавшей профиль скорости течения во всем столбе жидкости над собой. Эта станция была установлена на глубине порядка 20 м (ближний шельф) на траверсе Голубой бухты в середине мае 2010 г. и проработала вплоть до середины апреля 2010 г. с небольшими перерывами каждые 30-40 суток (замена батарей, скачивание информации). Благодаря этому получены длинные ряды данных о скорости прибрежного течения, позволяющие оценить изменчивость этой характеристики в широком временном масштабе: от десятков минут до сезонов года. Оказалось, что вертикальная структура течения на ближнем шельфе имеет значительную баротропную составляющую даже в периоды весеннего паводка и формирования летней термической стратификации вод. Установлено, что вдольбереговая компонента скорости течения на ближнем шельфе на порядок и даже более превышает по амплитуде поперечную компоненту. Средний за период наблюдений вдольбереговой перенос оказался близким к нулю с незначительным преобладанием северо-западных течений. При этом существует ярко выраженная короткопериодная изменчивость вдольбереговой компоненты скорости, причем максимальные амплитуды знакопостоянной скорости наблюдались на интервалах времени от полусуток до несколько суток. Одной из причин этой изменчивости является прохождение через точку наблюдения шельфовых субмезомаштабных вихрей, осуществляющих перенос энергии течений от границы шельфа в прибрежную мелководную зону.
На основании полученных результатов можно заключить, что в прибрежно-шельфовой зоне существует осциллирующий динамический пограничный слой. При этом, благодаря трению о дно в области малых глубин (10-40 м), осуществляется эффективная диссипация кинетической энергии течений. В более глубоководной зоне из-за наличия сильной плотностной стратификации - сезонного термоклина (в теплый период года) и основного пикно-халоклина (круглогодично) скорость течения в придонном слое невелика и удельная диссипация кинетической энергии резко уменьшается. По предварительным оценкам интегральная диссипация кинетической энергии течений в прибрежно-шельфовой зоне может значительно превышать интегральную диссипацию в глубоководной части Черного моря. Поэтому роль этой, сравнительно узкой, зоны в диссипации энергии общей и мезомасштабной циркуляции вод Черного моря может быть определяющей.
Работа поддержана проектами Программы 21 Президиума РАН и грантами РФФИ №№ 11-05-00830, 11-05-00804.
Литература.
1. Зацепин А.Г., Баранов В.И., Кондрашов А.А., Корж А.О., Кременецкий В.В., Островский А.Г., Соловьев Д.М. Субмезомасштабные вихри на кавказском шельфе Черного моря и порождающие их механизмы // Океанология. 2011. Т. 51. № 4. С. 392-605.
2. Elkin D.N., Zatsepin A.G., Kremenetskiy V.V., Nizov S.S. Laboratory study of the mechanism of the Black Sea coastal eddies formation due to spatially non-uniform wind impact // Fluxes and structures in fluids. Selected Conference Papers. 2010. P. 175-180.