Топографические внутренние волны
в северо-восточной части Атлантического океана

Результаты гидрофизических измерений in-situ, полученные в ряде экспедиций Института океанологии РАН, были пересмотрены с использованием современной спутниковой информации. С целью изучения влияний рельефа дна на внутренние волны были проанализированы данные измерений на трёх полигонах в северо-восточной Атлантике: над Срединно-Атлантический хребтом (САХ), к югу от Азорских островов, в Котловине островов Зелёного мыса и в окрестности подводной горы Ампер. Данные измерений включали в себя временные ряды температуры и скорости течений на автономных буйковых станциях (АБС), гидрологические съёмки и разрезы, выполненные при помощи различных буксируемых и теряемых зондов, а также спутниковые данные измерений температуры поверхности океана, уровня моря и рельефа дна. Рассчитаны различные сечения четырёхмерного спектра колебаний гидрофизических параметров и спектральные инварианты. Проведено исследование мезомасштабных гидрофизических процессов в диапазоне пространственных масштабов 1-1000 км и временных масштабов 1 час-1 месяц, включая вихри и фоновые (средние) распределения гидрологических характеристик.
При помощи теряемых обрывных зондов на нескольких нормальных к оси САХ разрезах были обнаружены регулярные квази-периодические возмущения изотерм с характерной длиной порядка 120 км и амплитудой 30 м, с постепенно увеличивающейся амплитудой и уменьшающейся длиной волны при подходах к оси хребта. Оценка пространственно-временных масштабов динамических процессов в регионе, моделирование внутренних волн с учётом реальной топографии дна и эффекта Доплера, позволили интерпретировать наблюдаемые структуры как полусуточные внутренние волны первой моды, распространяющиеся от хребта на юго-восток. В поле температуры поверхности океана по спутниковым данным обнаруживаются вытянутые вдоль оси хребта полосы шириной до 100 км, длиной до 500 км, более холодной воды, которые, по-видимому, возникают при подъемах глубинных вод, вызванных внутренними волнами.
В Котловине островов Зелёного мыса, на основе измерений на полигоне АБС (экспедиция "Мезополигон"), были рассчитаны двумерные пространственные спектры температуры воды (горизонт 200 м) на сечениях частот основных спектральных максимумов на следующих периодах: 36 час. (инерционные), 24 час. (суточные) , 12.4 час.(полусуточные), 6 час. (четвертьсуточные).
В этом районе бароклинные приливы возникают локально, при обтекании приливными течениями неоднородностей рельефа дна в предгорьях САХ. Об этом свидетельствует аномально высокая по сравнению с линейными внутренними волнами поляризация горизонтальной скорости, а также отсутствие баротропной моды в совокупности эмпирических ортогональных функций. Суточные внутренние волны распространяются только на юг. Полусуточный бароклинный прилив состоит из отражённой волны второй моды, распространяющейся точно на юг, и двух преломлённых на северо-запад и северо-восток волн, симметрично относительно направления распространения баротропного прилива. Преломлённые волны содержат более высокие (3-8) моды по сравнению с отраженной волной.
Шестичасовые волны имеют только северные компоненты волновых векторов. Предполагается, что гармоники приливов создаются в результате отражения волн от неоднородностей рельефа дна, причём волны приобретают меньшие длины и более высокомодовую структуру.
В третьем примере рассматриваются сложные гидрофизические поля в окрестности банки Ампер. Показано, что в зимний океанский сезон, существует крупномасштабный фронт, простирающийся вдоль меридиана от подводной горы Жозефин до банки Ампер. По инструментальным данным, скорость среднего течения вдоль фронта составляла около 30 см/сек.
Фронт отделяет относительно холодные воды, прилегающие к материку, от более теплых океанских вод. По обе стороны
от фронта, в поле температуры верхнего перемешанного слоя, были обнаружены единичные относительно холодные пятна, с перепадом температуры 0,9°C и с характерной структурой изменения температуры по пространству (в виде англ. буквы «W»), с размерами порядка 20 морских миль. По-видимому, такие структуры отмечают вихри, возникающие в результате неустойчивости фронтального течения. Полусуточные приливные течения существенным образом влияют на характеристики вод, окружающих банку. Во-первых, под действием приливов фронт, огибающий банку с запада и с юга,
перемещается на 4-6 морских миль. Во-вторых, на склонах горы происходят периодические полусуточные подъёмы вод, и выброс их на верхнюю плоскую площадку вершины горы. С приливным циклом, на вершине наблюдаются резкие скачкообразные изменения температуры, за которыми следуют пакеты высокочастотных (Т~20 мин.) колебаний. В результате, в окрестности 30x25 морских миль около банки, формируется особенное "мозаичное" поле, с характерным масштабом пятен порядка размеров верхней площадки горы (6-7 морских миль). На глубокой воде, обнаруживаются полусуточные внутренние волны, энергия которых распределена неравномерно вокруг банки: к югу от банки спектр колебаний температуры почти белый и без полусуточного максимума. Возможно, это результат преобразования полусуточного баротропного прилива в высокочастотные внутренние волны. Периодические по пространству колебания температуры с постепенно уменьшающейся длиной волны (10-3 морских миль) вниз по течению за банкой интерпретированы как запрепятственные квази-инерционные внутренние волны.
Совместный анализ архивных данных контактных измерений и современных спутниковых данных позволил получить более
полное и надежное представление о мезомасштабных гидрофизических процессах в океане.