Численное моделирование циркуляции Мраморного моря в 2008 году с учетом ветра и водообмена через проливы Босфор и Дарданеллы
На основе численной нелинейной модели циркуляции проведен эксперимент по формированию гидродинамической структуры вод Мраморного моря под влиянием ветра и водообмена через проливы. Получено, что при сильных северо-восточных ветрах влияние проливов и ветра обеспечивает образование антициклонического...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Морской гидрофизический журнал |
|---|---|
| Datum: | 2014 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Морський гідрофізичний інститут НАН України
2014
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/105119 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Численное моделирование циркуляции Мраморного моря в 2008 году с учетом ветра и водообмена через проливы Босфор и Дарданеллы / С.Г. Демышев, С.В. Довгая // Морской гидрофизический журнал. — 2014. — № 1. — С. 68-78. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-105119 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Демышев, С.Г. Довгая, С.В. 2016-08-07T07:26:01Z 2016-08-07T07:26:01Z 2014 Численное моделирование циркуляции Мраморного моря в 2008 году с учетом ветра и водообмена через проливы Босфор и Дарданеллы / С.Г. Демышев, С.В. Довгая // Морской гидрофизический журнал. — 2014. — № 1. — С. 68-78. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0233-7584 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/105119 551.464.4 На основе численной нелинейной модели циркуляции проведен эксперимент по формированию гидродинамической структуры вод Мраморного моря под влиянием ветра и водообмена через проливы. Получено, что при сильных северо-восточных ветрах влияние проливов и ветра обеспечивает образование антициклонического круговорота на севере бассейна и циклонического – на юге, при слабом и умеренном ветре того же направления сохраняется и усиливается S-образная структура фронтальной зоны. Ветер с юго-запада разрушает такую структуру. Так, при сильном ветре этой направленности круговороты в южной и северной частях моря меняют знак завихренности. В поверхностном слое при относительно умеренных и сильных ветрах c юго-запада течение может менять направление и распространяться от пролива Дарданеллы к проливу Босфор, при этом ниже 5 м в верхнем слое моря оно направлено с востока на запад. На основі чисельної нелінійної моделі циркуляції проведено експеримент з формування гідродинамічної структури вод Мармурового моря під впливом вітру та водообміну через протоки. Отримано, що при сильних північно-східних вітрах вплив проток і вітру забезпечує утворення антициклонічного кругообігу на півночі басейну та циклонічного – на півдні, при слабкому та помірному вітрі того ж напрямку зберігається та посилюється S-подібна структура фронтальної зони. Вітер з південного заходу руйнує таку структуру. Так, при сильному вітрі цієї направленості кругообіги в південній та північній частинах моря змінюють знак завихореності. В поверхневому шарі при відносно помірних і сильних вітрах з південного заходу течія може змінювати напрям і розповсюджуватися від протоки Дарданелли до протоки Босфор, при цьому нижче 5 м у верхньому шарі моря вона спрямована зі сходу на захід. Experiment on formation of hydrodynamic structure of the Marmara Sea waters influenced by wind and water exchange through the channels is performed based on the numerical nonlinear circulation model. It is revealed that at strong north-eastern winds, influence of the channels and wind provides formation of an anticyclonic gyre in the northern part of the basin and a cyclonic one – in the southern part. At weak and moderate wind of the same direction, the S-like structure of the frontal zone remains and increases. The south-western wind destroys such a structure. Thus, at strong wind of this direction the gyres in the southern and northern parts of the sea change the signs of vorticity. In the sea surface layer at relatively moderate and strong south-western winds, the flow can change its direction and propagate from the Dardanelles to the Bosporus. At the same time in the sea upper layer the flow below 5 m is directed from east to west. Авторы выражают благодарность доктору физ.-мат. наук М.В. Шокурову за любезно предоставленные данные по касательным напряжениям трения ветра над Мраморным морем в 2008 г. ru Морський гідрофізичний інститут НАН України Морской гидрофизический журнал Математическое моделирование морских систем Численное моделирование циркуляции Мраморного моря в 2008 году с учетом ветра и водообмена через проливы Босфор и Дарданеллы Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Численное моделирование циркуляции Мраморного моря в 2008 году с учетом ветра и водообмена через проливы Босфор и Дарданеллы |
| spellingShingle |
Численное моделирование циркуляции Мраморного моря в 2008 году с учетом ветра и водообмена через проливы Босфор и Дарданеллы Демышев, С.Г. Довгая, С.В. Математическое моделирование морских систем |
| title_short |
Численное моделирование циркуляции Мраморного моря в 2008 году с учетом ветра и водообмена через проливы Босфор и Дарданеллы |
| title_full |
Численное моделирование циркуляции Мраморного моря в 2008 году с учетом ветра и водообмена через проливы Босфор и Дарданеллы |
| title_fullStr |
Численное моделирование циркуляции Мраморного моря в 2008 году с учетом ветра и водообмена через проливы Босфор и Дарданеллы |
| title_full_unstemmed |
Численное моделирование циркуляции Мраморного моря в 2008 году с учетом ветра и водообмена через проливы Босфор и Дарданеллы |
| title_sort |
численное моделирование циркуляции мраморного моря в 2008 году с учетом ветра и водообмена через проливы босфор и дарданеллы |
| author |
Демышев, С.Г. Довгая, С.В. |
| author_facet |
Демышев, С.Г. Довгая, С.В. |
| topic |
Математическое моделирование морских систем |
| topic_facet |
Математическое моделирование морских систем |
| publishDate |
2014 |
| language |
Russian |
| container_title |
Морской гидрофизический журнал |
| publisher |
Морський гідрофізичний інститут НАН України |
| format |
Article |
| description |
На основе численной нелинейной модели циркуляции проведен эксперимент по формированию гидродинамической структуры вод Мраморного моря под влиянием ветра и водообмена через проливы. Получено, что при сильных северо-восточных ветрах влияние проливов и ветра обеспечивает образование антициклонического круговорота на севере бассейна и циклонического – на юге, при слабом и умеренном ветре того же направления сохраняется и усиливается S-образная структура фронтальной зоны. Ветер с юго-запада разрушает такую структуру. Так, при сильном ветре этой направленности круговороты в южной и северной частях моря меняют знак завихренности. В поверхностном слое при относительно умеренных и сильных ветрах c юго-запада течение может менять направление и распространяться от пролива Дарданеллы к проливу Босфор, при этом ниже 5 м в верхнем слое моря оно направлено с востока на запад.
На основі чисельної нелінійної моделі циркуляції проведено експеримент з формування гідродинамічної структури вод Мармурового моря під впливом вітру та водообміну через протоки. Отримано, що при сильних північно-східних вітрах вплив проток і вітру забезпечує утворення антициклонічного кругообігу на півночі басейну та циклонічного – на півдні, при слабкому та помірному вітрі того ж напрямку зберігається та посилюється S-подібна структура фронтальної зони. Вітер з південного заходу руйнує таку структуру. Так, при сильному вітрі цієї направленості кругообіги в південній та північній частинах моря змінюють знак завихореності. В поверхневому шарі при відносно помірних і сильних вітрах з південного заходу течія може змінювати напрям і розповсюджуватися від протоки Дарданелли до протоки Босфор, при цьому нижче 5 м у верхньому шарі моря вона спрямована зі сходу на захід.
Experiment on formation of hydrodynamic structure of the Marmara Sea waters influenced by wind and water exchange through the channels is performed based on the numerical nonlinear circulation model. It is revealed that at strong north-eastern winds, influence of the channels and wind provides formation of an anticyclonic gyre in the northern part of the basin and a cyclonic one – in the southern part. At weak and moderate wind of the same direction, the S-like structure of the frontal zone remains and increases. The south-western wind destroys such a structure. Thus, at strong wind of this direction the gyres in the southern and northern parts of the sea change the signs of vorticity. In the sea surface layer at relatively moderate and strong south-western winds, the flow can change its direction and propagate from the Dardanelles to the Bosporus. At the same time in the sea upper layer the flow below 5 m is directed from east to west.
|
| issn |
0233-7584 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/105119 |
| citation_txt |
Численное моделирование циркуляции Мраморного моря в 2008 году с учетом ветра и водообмена через проливы Босфор и Дарданеллы / С.Г. Демышев, С.В. Довгая // Морской гидрофизический журнал. — 2014. — № 1. — С. 68-78. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT demyševsg čislennoemodelirovaniecirkulâciimramornogomorâv2008godusučetomvetraivodoobmenačerezprolivybosforidardanelly AT dovgaâsv čislennoemodelirovaniecirkulâciimramornogomorâv2008godusučetomvetraivodoobmenačerezprolivybosforidardanelly |
| first_indexed |
2025-11-25T18:12:02Z |
| last_indexed |
2025-11-25T18:12:02Z |
| _version_ |
1850521205878030336 |
| fulltext |
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2014, № 1 68
© С.Г. Демышев, С.В. Довгая, 2014
Математическое моделирование
морских систем
УДК 551.464.4
С.Г. Демышев, С.В. Довгая
Численное моделирование циркуляции Мраморного моря
в 2008 году с учетом ветра и водообмена
через проливы Босфор и Дарданеллы
На основе численной нелинейной модели циркуляции проведен эксперимент по формиро-
ванию гидродинамической структуры вод Мраморного моря под влиянием ветра и водообмена
через проливы. Получено, что при сильных северо-восточных ветрах влияние проливов и ветра
обеспечивает образование антициклонического круговорота на севере бассейна и циклониче-
ского – на юге, при слабом и умеренном ветре того же направления сохраняется и усиливается
S-образная структура фронтальной зоны. Ветер с юго-запада разрушает такую структуру. Так,
при сильном ветре этой направленности круговороты в южной и северной частях моря меняют
знак завихренности. В поверхностном слое при относительно умеренных и сильных ветрах c
юго-запада течение может менять направление и распространяться от пролива Дарданеллы к
проливу Босфор, при этом ниже 5 м в верхнем слое моря оно направлено с востока на запад.
Ключевые слова: Мраморное море, циркуляция, гидрофизические поля, струйное течение,
вихрь, галоклин.
Введение
Мраморное море – глубоководный бассейн, соединяющий Черное море
через проливы Босфор и Дарданеллы с Эгейским и Средиземным морями.
Адекватное воспроизведение гидродинамических процессов в этом бассейне
позволит более точно описывать обмен теплом, солью и импульсом через
проливы с соседними морями. К настоящему времени выполнено несколько
работ по моделированию циркуляции в Мраморном море. В работе [1] приве-
дена упрощенная боксовая модель Турецкой системы проливов, позволяю-
щая воспроизводить общие закономерности вертикального распределения
вод. В [2] на основе численной нелинейной трехмерной модели [3], адапти-
рованной к условиям региона, при относительно грубом пространственном
разрешении получено, что структура поля уровня соответствует S-образному
течению, направленному от пролива Босфор к проливу Дарданеллы, в цен-
тральной части поверхностного слоя моря выделяется обширное антицикло-
ническое образование, на глубине 30 м формируется течение вод из Эгейско-
го моря, распространяющееся от пролива Дарданеллы к проливу Босфор.
Улучшение пространственного разрешения [4, 5] позволило получить новые
динамические особенности моря. В частности, установлено, что S-образное
течение на поверхности моря имеет струйный характер и что около северной
границы моря периодически образуется циклонический вихрь.
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2014, № 1 69
В отличие от предыдущих в данной работе учитывается влияние ветро-
вого воздействия на динамику вод Мраморного моря, остальные параметры
модели остаются неизменными [4, 5]. Численный эксперимент проведен на
основе гидродинамической модели с высоким пространственным разрешени-
ем на период 2008 г.
Условия проведения эксперимента
Географические особенности Мраморного моря кратко описаны в [1, 2],
система уравнений с соответствующими начальными и краевыми условиями
подробно представлена в [4, 5]. Напомним, что численный расчет проводился
при разрешении по горизонтали 1,22 км − по оси x, 0,83 км − по оси y. По
вертикали использовалось 18 горизонтов: 2,5; 5; 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50;
62,5; 75; 100; 150; 300; 500; 700; 900; 1100 м. Шаг по времени в модели со-
ставлял 0,5 мин. Коэффициенты турбулентной вязкости и диффузии по гори-
зонтали и вертикали принимали соответственно следующие значения [6]:
1414 105,105 ⋅=⋅= H
H κν см4/с, 2103,5 −⋅== V
V κν см2/с.
В предыдущих расчетах было установлено, что увеличение коэффициен-
та вертикальной турбулентной диффузии до 3·10–1 см2/с при длительном ин-
тегрировании приводит к нарушению двухслойной структуры вод бассейна.
В среднем толщина верхнего слоя для мраморноморской стратификации, со-
гласно данным наблюдений, составляет 20 – 25 м, что и учитывалось при вы-
боре этого коэффициента.
Скорости в проливах Босфор и Дарданеллы задавались постоянными во
времени. Они рассчитывались с учетом принятых расходов: 650 км3/год в
верхнем слое (0 – 20 м) и 350 км3/год в нижнем слое (20 – 100 м) пролива
Босфор, 830 км3/год в верхнем слое (0 – 20 м) и 530 км3/год в нижнем слое
(20 – 75 м) пролива Дарданеллы [1]. При задании температуры в верхнем
слое пролива Босфор учитывалась ее сезонная изменчивость. При этом тем-
пература изменялась со временем в пределах 8 – 23,5°C, соленость с глуби-
ной − в пределах 21 − 30‰ [7]. В нижнем слое в проливе Дарданеллы на глу-
бинах 20 – 75 м, согласно доступным данным измерений, соленость задава-
лась в пределах 34,5 – 38,68‰, температура была равна 14,6°C [8 – 10].
В качестве начальных гидрофизических полей принимались поля, соот-
ветствующие 6620 сут, из расчета, проведенного в эксперименте без учета
ветра, остальные параметры остаются неизменными. Условия в проливах та-
кие же, как и в постановке задачи без учета ветрового воздействия [4, 5]. На
поверхности моря на каждые сутки задавались доступные на время интегри-
рования модели поля тангенциального напряжения трения ветра за 2008 г.,
полученные по данным расчета региональной атмосферной модели
(http://www.ucar.edu/mm5/mm4/home.html). Эти расчеты проводились в отде-
ле взаимодействия атмосферы и океана МГИ НАН Украины. Предполагалось
также, что на поверхности моря потоки тепла и соли равны нулю.
Ветровой режим над акваторией Мраморного моря в рассматриваемый
период, по имеющимся модельным данным, характеризовался следующими
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2014, № 1 70
особенностями. Наиболее устойчивыми и повторяемыми во времени были
северо-восточные ветры, их порывы достигали более 14 м/c 24, 29 января, 10,
11, 17 февраля, 30 марта, 27 апреля, 3, 28 июня, 23, 27 − 29 августа, 13, 23 ок-
тября, 29, 30 декабря. Умеренные ветры этого направления повторялись на
протяжении всего года и продолжались от 3 до 10 сут, исключением были
март, май и декабрь. Значительную роль в циркуляции над морем играли и
юго-западные ветры. Так, их порывы 10, 11, 18, 26 марта достигали более
15 м/с. Устойчивые ветры этого направления преобладали в марте и апреле,
при этом они продолжались 4 − 9 сут. Заметно иным был режим атмосферной
циркуляции в мае и декабре: в мае ветер с циклонической завихренностью
сменился ветром с антициклонической завихренностью (при этом центры
завихренностей располагались севернее бассейна моря), а в декабре не на-
блюдалось четко выраженного преобладания какого-либо определенного на-
правления ветра. В большинстве случаев смена синоптических ситуаций про-
исходила через маловетрие.
Результаты численного эксперимента
Интегральные характеристики. Для анализа результатов эксперимента
были рассчитаны средние по объему и горизонтам температура, соленость и
кинетическая энергия. При учете ветра кинетическая энергия в верхнем слое
моря по сравнению с предыдущими расчетами, при которых учитывался
только обмен через проливы, возросла на порядок. Максимум средней по
объему энергии приходится на август, а средней по верхнему горизонту Е –
на февраль, когда скорость ветра была максимальной и составляла 20 м/с.
Причина такого поведения кинетической энергии будет объяснена ниже.
Средняя по объему и горизонтам температура качественно ведет себя так
же, как и в эксперименте, описанном в [4, 5]. Имеются количественные отли-
чия в поведении средней температуры, которая на верхних горизонтах хо-
лоднее, на нижних – теплее. Средняя соленость, наоборот, в верхнем слое
меньше, чем в расчете с отсутствием ветра, в нижнем – больше. Вероятно,
такое отличие объясняется большой вертикальной адвекцией по сравнению с
предыдущим расчетом и последующим горизонтальным перемешиванием.
Течения. Приведенный уровень моря близок к динамическому, который
характеризует структуру геострофических скоростей в верхнем слое. Они, в
свою очередь, на средних широтах без учета дрейфовой компоненты близки к
полным скоростям. Поэтому анализ поля уровня позволяет получить качест-
венные характеристики подповерхностных геострофических течений.
Сопоставление полей уровня для различных ветров позволяет сделать вы-
вод о зависимости крупномасштабных особенностей циркуляции от их силы и
направления. Напомним, что при отсутствии ветра циркуляция в Мраморном
море была довольно гладкой – на севере наблюдалась обширная зона слабого
подъема вод (в среднем отклонение уровня составляло 2 см), на юге – зона
опускания (в среднем отклонение уровня составляло 1,5 см) [4]. Эти две облас-
ти разделялись фронтальной зоной, которая соответствовала S-образному те-
чению.
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2014, № 1 71
27° 28° 29°
40.5°
41°
с. ш.
27° 28° 29°
40.5°
41°
27° 28° 29°
40.5°
41°
27° 28° 29°
40.5°
41°
в. д.
Р и с. 1. Уровенная поверхность (см) 9 мая (а), 28 февраля (б), 30 марта (в) и 6 октября (г)
г
в
б
а
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2014, № 1 72
Под влиянием ветра изменчивость уровня значительно усилилась, пере-
пад увеличился (рис. 1). При северо-восточных ветрах наблюдается течение,
близкое к S-образному (рис. 1, а), которое соответствует наблюдениям [1] и
результатам численного эксперимента при отсутствии ветра [4], когда цирку-
ляция формировалась только под влиянием проливов Босфор и Дарданеллы.
В верхнем 5-метровом слое моря велика дрейфовая составляющая скорости и
большую часть акватории охватывает поток, направленный на запад. Ниже
10 м структура течений соответствует антициклоническому круговороту на
севере моря и циклоническому – на юге. При юго-западном ветре циркуляция
разбивается на отдельные вихревые образования (рис. 1, б) и имеет тенден-
цию к смене знака в южной и северной частях бассейна. При увеличении
скорости северо-восточного ветра до 15 м/с формируется мощный антици-
клонический круговорот в западной половине моря и циклонический – в вос-
точной (рис. 1, в). В этом случае в поверхностном слое образуется мощный
поток с востока на запад, на нижних горизонтах поле скорости соответствует
структуре уровня моря, что свидетельствует о преобладающем вкладе гради-
ента плотности. При сильном юго-западном ветре происходит подъем уровня
моря у восточного побережья, формируется область антициклонического
вращения вод и тогда возможна смена знака круговоротов в южной и запад-
ной частях моря (рис. 1, г).
27° 28° 29°
40.5°
41°
Скорость (см/с)
0.0544.74
с. ш.
27° 28° 29°
40.5°
41°
Скорость (см/с)
0.0315.11
в. д.
Р и с. 2. Поля скоростей (см/c) 28 февраля на горизонтах 3 м (а) и 20 м (б)
б
а
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2014, № 1 73
При северо-восточном ветре возникает ситуация, когда водообмен через
проливы и ветер действуют в одном «направлении», поэтому при несильных
ветрах усиливается и сохраняется S-образная структура фронтальной зоны.
При юго-западных ветрах указанные факторы влияют противоположным об-
разом, и когда ветер этого направления силен, циркуляция в южной и север-
ной частях моря может менять знак (рис. 1, г).
В поверхностном слое моря при относительно умеренных и сильных
юго-западных ветрах течение может менять знак (рис. 2, а). Ниже 5 м струк-
тура течения имеет S-образный вид, оно направлено с востока на запад
(рис. 2, б).
Соленость и температура. Большое влияние на формирование поля со-
лености в верхнем 5-метровом слое оказывает приток менее соленой воды из
пролива Босфор. При северо-восточных ветрах формируется область антици-
клонической циркуляции на севере бассейна и циклонической – на юге
(рис. 1, в). В то же время влияние пролива Босфор и дрейфовой скорости в
этом слое моря приводит к образованию обширной зоны менее соленой воды
на северо-востоке бассейна (рис. 3, а), область более соленой воды оттесняет-
ся к северо-западу. Ниже 10 м (рис. 3, б) структура поля солености соответст-
вует полю уровня в это время года (рис. 1, в).
При устойчивых юго-западных ветрах происходит «запирание» посту-
пающей менее соленой воды из Босфора (рис. 3, в) в верхнем слое моря. При
их относительно длительном и постоянном по направлению действии наблю-
дается подъем вод в юго-западной области моря и опускание – в юго-
восточной. Возможно, поэтому происходит смена знака циркуляции в север-
ной и южной частях моря (рис. 1, г).
Ниже 25 м большое влияние на эволюцию вод оказывает приток более
соленой воды из Эгейского моря. Но когда действие ветра приводит к фор-
мированию интенсивных круговоротов, в поле солености они могут просле-
живаться в глубинных слоях (рис. 3, г). Причем глубина проникновения от-
клика в поле солености зависит от длительности и силы ветра, но не от его
направления.
В отличие от результатов расчета с отсутствием ветра, при котором га-
локлин имел практически горизонтальную структуру, на протяжении года
наблюдается его наклон. Характерный пример приведен на рис. 4. В период
7 – 10 октября произошла смена направления ветра с юго-западного на севе-
ро-восточное. Когда ветер дует с запада, галоклин углубляется с запада на
восток (рис. 4, а), при ветрах с востока, наоборот, – с востока на запад
(рис. 4, б). По всей видимости, эти процессы обусловливают апвеллинги на
западе и востоке области в соответствующие периоды времени. Влияние от-
носительно сильных ветров в поле солености прослеживается ниже 100 м
(рис. 4).
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2014, № 1 74
27° 28° 29°
40.5°
41°
с.ш.
27° 28° 29°
40.5°
41°
27° 28° 29°
40.5°
41°
27° 28° 29°
40.5°
41°
в. д.
Р и с. 3. Поля солености (‰) 30 марта на горизонтах 2,5 м (а), 20 м (б) и 6 октября на горизон-
тах 2,5 м (в) и 40 м (г)
г
в
б
а
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2014, № 1 75
Р и с. 4. Вертикальное сечение в поле солености (‰) по 40,8° с. ш. 6 октября (а) и 26 октября (б)
Преобладающее влияние на эволюцию температуры в верхнем слое моря
оказывает поступление воды с сезонно меняющейся температурой через про-
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2014, № 1 76
лив Босфор. Ее последующее распределение происходит вследствие переноса
течениями, формирующимися под действием ветра, диффузии и потоков им-
пульса через проливы.
В весенний период в восточную область бассейна начинает транспорти-
роваться теплая вода, которая затем переносится течениями и перемешивает-
ся с окружающими водами. Так как величина Vκ мала, то поступающая во-
да из Босфора в результате вертикальной диффузии практически не переме-
шивается с нижележащими водами. Поэтому в поле температуры могут воз-
никать инверсии, о чем свидетельствует разрез на рис. 5, а.
Р и с. 5. Вертикальное сечение в поле температуры (°С) по 40,8° с. ш. 28 июля (а) и поле тем-
пературы на горизонте 40 м 6 октября (б)
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2014, № 1 77
Если холодная вода на нижних горизонтах попадает в вихрь, то возника-
ет ситуация, когда вода в центре антициклонического вихря холоднее, чем на
его периферии (рис. 5, б). В то же время поле солености (рис. 3, г) соответст-
вует антициклоническому круговороту.
Заключение
Проведенный эксперимент показал, что учет ветра значительно влияет на
процессы формирования и изменчивости гидрофизических полей Мраморно-
го моря.
При северо-восточных ветрах влияние ветра и водообмена через проливы
обеспечивает образование антициклонического круговорота на севере бас-
сейна и циклонического – на юге, при слабом и умеренном ветрах сохраняет-
ся и усиливается S-образная структура фронтальной зоны. Ветер, направлен-
ный с запада, разрушает такую структуру, и когда, например, юго-западный
ветер силен, круговороты в южной и северной частях моря могут менять
знак.
При юго-западных ветрах влияние пролива Босфор и дрейфовой скоро-
сти в верхнем 5-метровом слое приводит к образованию обширной зоны ме-
нее соленой воды на северо-востоке моря, область более соленой воды оттес-
няется к северо-западу. На нижних горизонтах структура поля солености со-
ответствует полю уровня. В отличие от эксперимента с отсутствием ветра,
когда галоклин имеет практически горизонтальную структуру, при ветрах с
восточной составляющей он заглубляется с востока на запад, при ветрах с
западной составляющей наоборот – с запада на восток.
Вода с сезонно меняющейся температурой поступает в верхний слой мо-
ря через пролив Босфор, затем происходит ее эволюция вследствие транспор-
та течениями, формирующимися под действием ветра и потоков импульса
через проливы. Так как вертикальная диффузия мала, обмен между горизон-
тами происходит, в основном, вследствие вертикальной адвекции. Верти-
кальная скорость в центральной части моря в слое 30 – 40 м в среднем со-
ставляет 0,002 см/с, поэтому в поле температуры возникают инверсии и вода
в центре антициклона на нижних горизонтах может быть холоднее, чем на
его периферии. Из полученных результатов следует, что, во-первых, требует-
ся усовершенствование модели, при котором должны учитываться потоки
тепла из атмосферы, необходимо также более корректно описать вязкость и
диффузию по вертикали. И, во-вторых, вышеописанное поведение темпера-
туры свидетельствует о том, что преобладающий вклад в поле плотности
вносит соленость.
Авторы выражают благодарность доктору физ.-мат. наук М.В. Шокурову
за любезно предоставленные данные по касательным напряжениям трения
ветра над Мраморным морем в 2008 г.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Besiktepe Surku T., Sur Halil I., Ozsoy Emin et al. The circulation and hydrography of the
Marmara Sea // Prog. Oceanog. – 1994. – 34. – P. 285 – 334.
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2014, № 1 78
2. Демышев С.Г., Довгая С.В. Численный эксперимент по моделированию гидрофизиче-
ских полей Мраморного моря с учетом проливов Босфор и Дарданеллы // Морской гид-
рофизический журнал. – 2007. – № 3. – C. 28 – 42.
3. Демышев С.Г., Коротаев Г.К. Численная консервативная модель бароклинных течений
в океане // Численное моделирование климата Мирового океана. – М.: ОВМ, 1986. –
C. 60 – 79.
4. Демышев С.Г., Довгая С.В. Особенности течений в верхнем слое Мраморного моря //
Системы контроля окружающей среды. – Севастополь: МГИ НАН Украины, 2009. −
C. 198 − 200.
5. Демышев С.Г., Довгая С.В. Структура термохалинных полей вод Мраморного моря //
Там же. – Севастополь: МГИ НАН Украины, 2010. – Вып. 14. – C. 107 − 110.
6. Демышев С.Г., Кныш В.В., Коротаев Г.К. Численное моделирование сезонной измен-
чивости гидрофизических полей Черного моря // Морской гидрофизический журнал. –
2003. – № 3. – С. 12 – 26.
7. Oguz T., Ozsoy E., Latif M.A. et al. Modeling of hydraulically controlled exchange flow in the
Bosphorus Strait // J. Phys. Oceanogr. – 1990. – № 20. – P. 945 − 965.
8. Besiktepe S., Ozsoy E., Unluata U. Filling of the Marmara Sea by the Dardanelles lower layer
inflow // Deep-Sea Res. – 1993. – 40. – P. 1815 – 1838.
9. Besiktepe S.T. Density currents in the two-layer flow: an example of Dardanelles outflow //
Oceanol. Acta. – 2003. – 26. – P. 243 – 253.
10. Запевалов А.C. Сезонная изменчивость вертикальных распределений температуры и
солености в Мраморном море // Метеорология и гидрология. – 2005. – № 2. – С. 78 − 84.
Морской гидрофизический институт НАН Украины, Материал поступил
Севастополь в редакцию 28.03.12
После доработки 10.07.12
АНОТАЦІЯ На основі чисельної нелінійної моделі циркуляції проведено експеримент з фор-
мування гідродинамічної структури вод Мармурового моря під впливом вітру та водообміну
через протоки. Отримано, що при сильних північно-східних вітрах вплив проток і вітру забез-
печує утворення антициклонічного кругообігу на півночі басейну та циклонічного – на півдні,
при слабкому та помірному вітрі того ж напрямку зберігається та посилюється S-подібна стру-
ктура фронтальної зони. Вітер з південного заходу руйнує таку структуру. Так, при сильному
вітрі цієї направленості кругообіги в південній та північній частинах моря змінюють знак за-
вихореності. В поверхневому шарі при відносно помірних і сильних вітрах з південного заходу
течія може змінювати напрям і розповсюджуватися від протоки Дарданелли до протоки Бос-
фор, при цьому нижче 5 м у верхньому шарі моря вона спрямована зі сходу на захід.
Ключові слова: Мармурове море, циркуляція, гідрофізичні поля, струменева течія, вихор,
галоклин.
ABSTRACT Experiment on formation of hydrodynamic structure of the Marmara Sea waters influ-
enced by wind and water exchange through the channels is performed based on the numerical non-
linear circulation model. It is revealed that at strong north-eastern winds, influence of the channels
and wind provides formation of an anticyclonic gyre in the northern part of the basin and a cyclonic
one – in the southern part. At weak and moderate wind of the same direction, the S-like structure of
the frontal zone remains and increases. The south-western wind destroys such a structure. Thus, at
strong wind of this direction the gyres in the southern and northern parts of the sea change the signs
of vorticity. In the sea surface layer at relatively moderate and strong south-western winds, the flow
can change its direction and propagate from the Dardanelles to the Bosporus. At the same time in the
sea upper layer the flow below 5 m is directed from east to west.
Keywords: Marmara Sea, circulation, hydrophysical fields, stream flow, eddy, halocline.
|