Динамическая и термохалинная структура синоптических вихрей Черного моря по данным спутниковых альтиметров и гидрологических измерений

В работе используется метод автоматической идентификации вихрей, основанный на измерениях спутниковых альтиметров (1,2), и данные гидрологических зондирований за 1993-2014 гг. для исследования термохалинной и динамической структуры синоптических вихрей Черного моря.
Показано, что структура вихрей в поле геострофической скорости ассиметрична. В антициклонических вихрях наименьшие орбитальные скорости наблюдаются на ближней периферии к берегу, наибольшие - на дальней периферии вихря. В циклонических вихрях –ситуация обратная. Такое распределение связано с влиянием фоновых течений: суперпозиции скорости циклонического ОЧТ и орбитальной скорости вихря. Показано, что эта асимметрия распределения геострофической скорости приводит к возникновению спиралевидной траектории частиц в вихрях. При этом частицы будут раскручиваться из центра вихрей.
На основе комбинирования данных альтиметрии и исторических гидрологических измерений, в том числе данных буев Арго исследованы особенности термохалнной структуры вихрей Черного моря.
Определены аномалии солености и температуры в вихрях различного знака. Наибольшие отрицательные аномалии солености (-0.2..-0.6 psu) в антициклонах наблюдаются в слое 50-200 метров. В циклонах аномалии солености положительные и меньше по амплитуде. В слое 50-150 метров они составляют +0.2..+0.5 psu.
Аномалии температуры в синоптических вихрях разнонаправлены на различных глубинах, что связано с наличием Холодного Промежуточного Слоя (ХПС) (3). В антициклонах скопление вод ХПС вызывает холодную аномалию в слое 70-400 метров с максимумом -0.2° на глубине 120 метров. В то же время в верхних слоях из-за скопления теплых поверхностных вод наблюдается теплая аномалия, которая на поверхности в среднем составляет ~ +0.8°, на глубине 50 метров ~ +0.3°. Противоположная ситуация характерна для циклонов. В верхних слоях (0-70 метров) аномалия отрицательна и меняется от -0.3 до 0°C. В слое 70-400 метров аномалии положительны. Максимум (~0.2°) наблюдается на глубине 90-100 метров.
В работе показано, что аномалии термохалинной структуры определяются вертикальными движениями пикноклина. Найдена связь между интенсивностью вихря, определенной по данным альтиметра, положением пикноклина в нем и суммарной аномалии солености и температуры. В интенсивных антициклонах пикноклин заглубляется на наибольшую глубину, что приводит к возникновению максимальной аномалии солености. На основе рассчитанного количества вихрей, пересекающих кросс-береговой разрез в северо-восточной части моря, и полученной связи между интенсивностью вихря и данных о его термохалинной структуре, даны оценки вихревого транспорта соли в Черном море.
Изучен сезонный ход аномалии солености и температуры в вихрях. Наибольшие аномалии в вихрях наблюдаются в летний период, когда вертикальные градиенты свойств максимальны, наименьшие в зимний период, во время интенсивного перемешивания.
Отдельное внимание уделено эволюции термохалинной структуры в процессе существования вихря. Показано, что наибольшие аномалии наблюдается в середине жизни вихря. В первую половину жизни в антициклоне пикноклин заглубляется, достигая самого низкого положение в центре существования вихря, затем пикноклин начинает подниматься до средних значений. Аналогичная, но обратная ситуация наблюдается в циклонах. На основе вертикального смещения изопикн получены профили вертикальной скорости в вихрях различного знака. Для антициклонов показано, что скорость направлена вниз в первую половину жизни и максимальна в начальный период времени. Максимум вертикальной скорости составляет -8*10^(-6) и наблюдается на глубинах 100-120 метров. После середины жизни вертикальная скорость меняет знак и направлена вверх. Противоположная ситуация наблюдается для циклонов.
Динамическим методом получены оценки вертикального распределения геострофических орбитальных скоростей и вертикального сдвига скорости в вихрях.
Работа Кубрякова А.А. выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 16-35-60036 мол_а_дк Работа Багаева А.В. выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 16-05-00264 А. Работа Станичного С.В. выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 16-05-00714 А