Двенадцатая Всероссийская открытая конференция "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса"
XII.E.388
Ветры, течения и энергетический обмен в гидрометеорологической системе
на шельфе в северо-восточной части Черного моря.
Мельников В.А., Пиотух В.Б., Москаленко Л.В., Кузеванова Н.И.
Институт океанологии им. П.П.Ширщова РАН
На основе измерительной информации "Черноморского гидрофизического полигона Института океанологии РАН" /1/, с использованием данных дистанционных зондирований и различных реанализов рассматривается гидрометеорологическая система в шельфовой зоне северо-восточной части Черного моря, включая региональную гидродинамику, процессы переноса и трансформации энергии во взаимодействиях атмосфера-море.
В настоящее время на полигоне установлены три долговременные измерительные станции ( ADCP и термокоса на каждой), а также сканирующий зонд-профилограф «Аквалог», Проводятся регулярные СТД зондирования на нормальных к берегу разрезах и пространственные съёмки поля скорости течений при помощи буксируемого ADCP. Для интерпретации процессов используется спутниковая информация: поля ТПМ, уровня моря, ветров. Составлены продолжительные ( с 1935 г . по н. вр.) ряды метеоэлементов на судовой и береговых региональных метеостанциях. Данные, поступающие от различных измерительных средств накапливаются в береговом архиве, что позволяет проводить калибровку спутниковых измерений, а также тестирование результатов численного моделирования.
Обработка данных измерений включает в себя подготовку массивов данных, расчёт статистических характеристик временных рядов измеренных и производных параметров с использованием гистограмм, прогрессивно-векторных диаграмм, традиционного спектрального анализа Фурье авто- и взаимных спектров, авто- и взаимных вэйвлет–диаграмм, скользящих спектрограмм. Применяются методы обработки векторной информации с расчётами спектральных инвариантов, вращательных компонент, ЭОФ, годографов, а также оценка частотных составляющих спектров на основе динамико-стохастических моделей.
С учётом перемежаемости исследуемых процессов, выделены отдельные реализации эволюции поля с яркими проявлениями процессов релаксации системы после выведения из равновесного состояния. С целью идентификации отдельных процессов выявлены типичные фоновые сезонные трёхмерные гидрологические структуры поля, а также количественно оценены отклонения, связанные с другими составляющими изменчивости, такими как краевые шельфовые волны, суточные, инерционные колебания, полусуточные и короткопериодные внутренние волны, поверхностные волны.
На основе оценок статистических связей между различными параметрами исследуемой гидрометеорологической системы, включая метеорологические элементы, уровень моря и температуру поверхности моря, проведен анализ масштабов пространственно-временной изменчивости наблюдаемых полей и получены новые данные о характере действующих физических механизмов развития разномасштабных гидрофизических процессов в шельфовой зоне Черного моря.
В частности, показано, что в регионе имеют место разномасштабные самоподобные ветровые циклы, каждый из которых состоит из комбинации северо-восточного и затем юго-восточного ветров, последовательно сменяющих друг друга, что соответствует попеременному влиянию отрогов Азорского и Сибирского антициклонов. В долговременном(годы) и крупномасштабном плане такие циклы поддерживают Основное Черноморское течение. Ветровые циклы с временным масштабом порядка 20 суток вызывают апвеллинги с той же периодичностью. Связанная с апвеллингом радикальная перестройка гидрологической структуры вод сопровождается интенсивной адвекцией вод с большими скоростями(до 1 м/с). По энергии доминируют вдольбереговые течения, причём направление периодически меняется на обратное. По вертикали наблюдается сложная структура течений. Прослеживаются характерные слои. При увеличении течений до пороговой величины отмечаются релаксационные колебания с периодом порядка 24 ч. и вращением вектора скорости против часовой стрелки, Апвеллинги вызывают существенные вариации потоков импульса, явного и скрытого тепла, плавучести.
Для изучения гидрофизических процессов в системе атмосфера-море, в силу сложного характера, взаимодействий, необходим систематический подход. Под систематическим подходом понимается: а) развертывание адекватной изучаемым пространственно-временным масштабам динамических процессов современной постоянно действующей измерительной сети, с использованием контактных методов измерений и дистанционных (спутниковых) зондирований; б) создание современной инфраструктуры для обеспечения сбора, передачи, хранения и простого доступа к данным измерений и анализа; в) применение современных гидродинамических моделей с усвоением данных измерений для интерполяции измерительных данных на требуемую при анализе процессов сетку по времени и по пространству.
Работы выполнены в рамках Соглашения № 14.604.21.0044 с Минобрнауки РФ, Программы 23 РАН "Фундаментальные проблемы океанологии: физика, геология, биология, экология", гранта РФФИ-РГО №13-05-41450, под руководством д.ф.м.н. Зацепина А.Г.
1.Зацепин А.Г. и др. Подспутниковый полигон для изучения гидрофизический процессов в шельфово-склоновой части Черного моря// Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2014. T.50. №1. C.16-29.
Дистанционные исследования поверхности океана и ледяных покровов
267