Исследование нелинейных приливных эффектов на основе спутниковых альтиметрических измерений

Для многих районов Мирового океана пространственное распределение параметров основных волн прилива (M2, S2, K1, O1) достаточно детально описано п линейном приближении с помощью модельных расчетов и натурных наблюдений, включающих в последнее десятилетие и спутниковые альтиметрические съемки. В тоже время нелинейные приливные явления, – результат переноса энергии основных приливных гармоник в низкочастотную (остаточные приливные течения и уровень моря) и высокочастотную (обертоны основных волн – короткопериодные мелководные волны) области спектра, до сих пор слабо изучены.
Механизмы генерации нелинейных приливных явлений связаны ,главным образом, с тремя типами нелинейных эффектов: конвективная нелинейность, фрикционная нелинейность, нелинейность ,обусловленная квадратичным законом донного трения, и мелководная нелинейность. Исследование нелинейных приливных явлений с помощью инструментальных измерений и последующего статистического и гармонического анализа не дают полной ясности о механизмах возникновения различных нелинейных эффектов, к тому же, натурные наблюдения достаточно редки и разрознены для детального их описания. Более явные результаты дают спутниковые альтиметрические измерения и эксперименты на численной гидродинамической модели, которые позволяют оценить вклад различных нелинейных слагаемых уравнений движения и неразрывности в формирование нелинейных приливных явлений.
Анализ вдольтрековых альтиметрических измерений показал, что в Белом море наряду с термодинамическим фронтом возникают и чисто динамические фронты, которые проявляется в виде скачкообразного изменения характеристик остаточного приливного течения, связанного с морфометрическими особенностями шельфовой зоны .
Для исследования механизмов возникновения нелинейных приливных явлений в Белом море нами была выбрана известная трехмерная нелинейная термогидродинамическая модель Принстонского Университета POM (Princeton Ocean Model) При реализации полной гидродинамической модели с гармоническими колебаниями на открытой границе и речным стоком в остаточной приливной циркуляции выделяются следующие характерные особенности: интенсивные течения в Воронке Белого моря (5-10 см/с) и в районе Соловецких островов (5-10 см/с), между материком и островом Моржовец наблюдается зона дивергенции течения, в устьевых областях крупных рек имеются потоки (1-2 см/с): от устья Северной Двины на значительном расстоянии вдоль Зимнего берега отмечаются устойчивые течения 1-2 см/с. Также следует отметить выделяющиеся антициклонические круговороты в Горле Белого моря, Онежском заливе между Соловецкими островами и островом Жужмуй. В проливе между Карельским берегом и Соловецкими островами имеются течения 1-2 см/с из Онежского залива в бассейн.
При удалении конвективных ускорений из уравнений динамики схема остаточных приливных течений и уровня меняется кардинально: модуль остаточных течений уменьшается, отсутствуют характерные круговороты по всему морю. Речной сток, как показали эксперименты, существенно не меняет остаточные приливные характеристики Белого моря, наблюдаются лишь увеличенные течения у правого побережья от устьев крупных рек .
При отсутствии вращения Земли общая схема остаточной приливной циркуляции и остаточного приливного уровня сохраняются, однако, уменьшается интенсивность круговоротов. Скорости остаточной приливной циркуляции, полученной в результате моделирования в линейном приближении, практически по всей акватории близки к нулю.