Различие условий образования субмезомасштабных циклонов и антициклонов в Черном море как следствие вращения Земли

Субмезомасштабные вихри, радиус которых меньше локального бароклинного радиуса деформации Россби, являются распространенным явлением в морях и океанах [7]. Природа их формирования не вполне известна. Предположительно, они образуются вследствие сдвиговой неустойчивости течения. По данным спутниковых наблюдений подавляющее большинство этих вихрей в открытых районах Балтийского, Черного и Каспийского морей имеют циклонический знак вращения [5, 6]. В тоже время, инструментальные наблюдения в шельфово-склоновой зоне Черного моря в районе г. Геленджика показали, что циклонические и антициклонические субмезомасштабные вихри встречаются примерно с равной вероятностью, и что часто образуются не одиночные вихри, а цепочки вихрей [3, 4]. Для того, чтобы прояснить механизмы образования цепочек субмезомасштабных вихрей было проведено несколько серий лабораторных экспериментов во вращающейся и невращающейся жидкости, в которых исследовалось вихреобразование при обтекании выступов береговой линии (мысов и полуостровов) и при развитии сдвиговой неустойчивости вдольберегового течения. Опыты показали, что цепочки вихрей образуются лишь во вращающейся жидкости. При этом, периодическое образование антициклонических вихрей за мысом, их отрыв от препятствия и перемещение вниз по течению наблюдается только в тормозящемся вдольбереговом течении с антициклоническим сдвигом скорости между стрежнем и берегом. Циклонических вихрей, отрывающихся от мыса, не было обнаружено ни при каких условиях проведения опытов [1]. Были также исследованы ситуации с циклоническим и антициклоническим сдвигом скорости между стрежнем течения и ровным берегом в широком диапазоне изменения величины безразмерного сдвига скорости и при достаточно больших значениях числа Рейнольдса. Показано, что во вращающейся жидкости при наличии течения с циклоническим сдвигом скорости, практически всегда образуются цепочки когерентных циклонических вихрей. В случае течения с антициклоническим сдвигом скорости цепочки антициклонических вихрей наблюдаются только при сравнительно небольших значениях сдвига скорости, а при больших – течение имеет хаотический турбулентный характер, как и в невращающейся жидкости [2]. Предложены физические модели, качественно объясняющие асимметрию вихреобразования в течениях с циклоническим и антициклоническим сдвигом скорости во вращающейся жидкости, а также при обтекании уступа береговой линии течением циклонического или антициклонического знака. Подытоживая результаты опытов, и перенося их на натуру (прежде всего, на Черное море), можно заключить, что распространенной причиной формирования цепочек циклонических субмезомасштабных вихрей является неустойчивость течений с циклоническим сдвигом скорости. Цепочки антициклонических вихрей образуются в прибрежных зонах океана при обтекании уступов береговой черты тормозящимся вдольбереговым течением циклонического направления (Основным черноморским течением, например). Таким образом, в прибрежной зоне моря, при наличии сложной береговой линии и вдольбереговых течений как циклонического, так и антициклонического направления, действуют механизмы образования субмезомасштабных вихрей обоих знаков вращения, а в открытом море, преимущество имеет процесс образования субмезомасштабных вихрей циклонического знака, что соответствует данным спутниковых наблюдений [5, 6]. При этом указанная асимметрия условий вихреобразования обусловлена влиянием вращения Земли.
Работа поддержана грантом РФФИ №11-05-00830.

Литература.
1. Елкин Д.Н., Зацепин А.Г. Лабораторное исследование механизма периодического вихреобразования за мысами в прибрежной зоне моря // Океанология. 2013. Т.53. №1. С. 259-268.
2. Елкин Д.Н., Зацепин А.Г. Лабораторное исследование механизма сдвиговой неустойчивости в прибрежной зоне моря // Океанология. 2013. Т.53. №6 (в печати).
3. Зацепин А.Г., Кондрашов А.А., Корж А.О. и др. Субмезомасштабные вихри на кавказском шельфе Черного моря и порождающие их механизмы // Океанология. 2011. Т. 51. № 4. С. 592-605.
4. Зацепин А.Г., Пиотух В.Б., Корж А.О., Куклева О.Н., Соловьев Д.М. Изменчивость поля течений в прибрежной зоне Черного моря по измерениям донной станции ADCP // Океанология. 2012. Т. 52. №5. С.629-642.
5. Каримова С.С. Статистический анализ субмезомасштабных вихрей Балтийского, Черного и Каспийского морей по данным спутниковой радиолокации // Исследование Земли из космоса. 2012. № 3. C. 31-47.
6. Лаврова О.Ю., Костяной А.Г., Лебедев С.А. и др. Комплексный спутниковый мониторинг морей России. М.: ИКИ РАН, 2011. 470 с.
7. Munk W., Armi L., Fischer K., Zachariasen F. Spirals on the sea // Proc. R. Soc. Lond. 2000. Vol. 456. P. 1217-1280.