Суб-мезомасштабные вихри на кавказском шельфе Черного моря и механизмы их генерации

Суб-мезомасштабная (1-10 км) и короткопериодная (1-100 часов) изменчивость гидрофизической структуры и динамики жидкости на узком шельфе Черного моря зависит от ряда факторов: ветрового воздействия, пресноводного стока, режима циркуляции вод над континентальным склоном и в глубоководной части моря, берегового рельефа и топографии дна. Вклад каждого из этих факторов в прибрежную динамику и процессы кросс-шельфового водообмена, которые ответственны за обновление вод шельфа и их самоочистку от естественных и антропогенных загрязнений, неизвестен ни по отдельности, ни в совокупности, и нуждается в изучении.
В докладе представлены материалы исследований пространственно-временной изменчивости гидрофизической и гидродинамической структуры вод шельфа и ее зависимости от динамики вод глубоководной зоны моря, а также орографии берегов и топографии дна, выполненных в районе г. Геленджик в осенние сезоны 2006-2008 гг.
Работа выполнялась на основе сочетания различных методов наблюдений, и измерительных систем, включающих в себя:
1) анализ текущей спутниковой информации в инфракрасном и видимом диапазонах спектра (температура и цвет морской воды, спутники серии NOAA, также MODIS-AQUA и MODIS-TERRA);
2) судовые резрезы в области шельфа - континентального склона с регулярным выполнением СТД - станций зондирования;
3) квази-мгновенные пространственные съемки поля течений с помощью буксируемого за судном акустического доплеровского профилографа;
4) донные станции с акустическими профилографами течений;
5) заякоренный профилирующий комплекс «Аквазонд» (ИО РАН) с СТД зондом и высокоразрешающим доплеровским измерителем течений
Была выявлена ярко выраженная короткопериодная суб-мезомасштабная изменчивость динамики вод шельфа и верхней части континентального склона. В частности, были обнаружены колебания вдольбереговой и поперечной берегу компонент скорости течения, сопровождавшиеся интенсивным кросс-шельфовым водообменом.
Причина наблюдаемой изменчивости не является однозначно установленной. В значительной степени она связана с формированием и перемещением вдоль берега суб-мезомасштабных вихрей, диаметр которых обычно не превышает 4-6 км. Эти вихри не являются квази-геострофическими, время их жизни не превышает нескольких суток. Предположительно их формирование происходит под влиянием двух факторов: внешней циркуляции, т.е. течений над континентальным склоном и в глубоководной зоне, а также нестационарного и пространственно-неоднородного ветрового воздействия. При паводке или после сильных дождей к ним прибавляется третий: береговой сток. Однако в период наблюдений он оказывал незначительное влияние на динамику вод шельфа.
Наблюдения показали, что в тех случаях, когда внешняя циркуляция является интенсивной (вдольбереговое течение за бровкой шельфа достигает 40–60 см/c), ветровое воздействие умеренной силы (до 10 м/c) не оказывает существенного влияния на динамику вод шельфа и ее изменчивость. При этом наблюдаемые суб-мезомасштабные вихри, скорее всего, являются порождением сдвиговой неустойчивости вдольберегового течения. Данная гипотеза подтверждается тем обстоятельством, что при юго-восточном вдольбереговом течении на шельфе доминируют циклонические вихри, а при северо-западном - антициклонические.
Есть и другой механизм формирования вихрей в шельфовой зоне. В "ложбинах" береговой черты, в зоне отрыва струи вдольберегового течения от побережья периодически формируются интенсивные суб-мезомасштабные вихри, которые подпитываются завихренностью и энергией сдвига скорости. Они перемещаются вдоль берега и производят водообмен поперек шельфа. Некоторые из них быстро увеличиваются в размере, превращаются в мезомасштабные (квази-геострофические) вихри, отделяются от берега и, возможно, становятся долгоживущими.
Работа поддержана грантами РФФИ №№ 08-05-00183, 08-05-00633, 09-05-90715 и Президентским грантом для молодых ученых № МК-1220.2008.5.