Численный анализ течений в прибрежной зоне южного берега Крыма в июле 2000 года на основе ассимиляции данных наблюдений в модели циркуляции

Численный анализ течений в прибрежной зоне южного берега Крыма в июле 2000 года на основе ассимиляции данных наблюдений в модели циркуляции

На основе гидродинамической модели, включающей нелинейные уравнения движения, уравнения адвекции тепла и соли и процедуры ассимиляции, проведен численный эксперимент с высоким разрешением (350 м по горизонтали и 38 горизонтов по вертикали) с усвоением данных наблюдений гидрологической съемки, провед...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2012
Hauptverfasser: Демышев, С.Г., Евстигнеева, Н.А.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Морський гідрофізичний інститут НАН України 2012
Schriftenreihe:Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу
Schlagworte:
Процессы в системе «Океан-атмосфера»
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56864
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:Численный анализ течений в прибрежной зоне южного берега Крыма в июле 2000 года на основе ассимиляции данных наблюдений в модели циркуляции / С.Г. Демышев, Н.А. Евстигнеева // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2012. — Вип. 26, том 2. — С. 27-39. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-56864
record_format dspace
spelling nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-568642025-02-09T23:21:29Z Численный анализ течений в прибрежной зоне южного берега Крыма в июле 2000 года на основе ассимиляции данных наблюдений в модели циркуляции Numerical analysis of currents in coastal zone of south bank of the Crimea in July, 2000 on basis of assimilation of data observations in model of circulation Демышев, С.Г. Евстигнеева, Н.А. Процессы в системе «Океан-атмосфера» На основе гидродинамической модели, включающей нелинейные уравнения движения, уравнения адвекции тепла и соли и процедуры ассимиляции, проведен численный эксперимент с высоким разрешением (350 м по горизонтали и 38 горизонтов по вертикали) с усвоением данных наблюдений гидрологической съемки, проведенной в июле 2000 г. в прибрежной зоне Южного берега Крыма. Изучена структура полей уровня и течений в зависимости от действующего ветра. В поле течений обнаружены и исследованы мезомасштабные структуры, которые соответствуют наблюдениям и отсутствуют в экспериментах с более грубым разрешением. На основі гідродинамічної моделі, що включає нелінійні рівняння руху, рівняння адвекції тепла і солі і процедури асиміляції, проведений чисельний експеримент з високим дозволом (350 м по горизонталі і 38 горизонтів по вертикалі) із засвоєнням даних спостережень гідрологічної зйомки, проведеної в липні 2000 р. в прибережній зоні Південного берега Криму. Вивчена структура полів рівня і течій залежно від вітру, що діє. У полі течій виявлені і досліджені мезомасштабні структури, які відповідають спостереженням і відсутні в експериментах з грубішим розрізненням. On the basis of hydrodynamic model, including nonlinear equations of motion, equations of warm advection and salt and assimilation procedure, a numeral experiment with high resolution (horizontal resolution 350 m and vertical resolution 38 horizons) with assimilation of data observations of hydrological survey, which was held in July, 2000 in the coastal zone of the South bank of the Crimea, is conducted. The structure of the fields of level and currents is studied depending on acting wind. Mezoscale structures, which correspond to the supervisions and are absent in experiments with more rough resolution, are discovered and investigated in the field of currents. 2012 Article Численный анализ течений в прибрежной зоне южного берега Крыма в июле 2000 года на основе ассимиляции данных наблюдений в модели циркуляции / С.Г. Демышев, Н.А. Евстигнеева // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2012. — Вип. 26, том 2. — С. 27-39. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 1726-9903 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56864 551.465 ru Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу application/pdf Морський гідрофізичний інститут НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Процессы в системе «Океан-атмосфера»
Процессы в системе «Океан-атмосфера»
spellingShingle Процессы в системе «Океан-атмосфера»
Процессы в системе «Океан-атмосфера»
Демышев, С.Г.
Евстигнеева, Н.А.
Численный анализ течений в прибрежной зоне южного берега Крыма в июле 2000 года на основе ассимиляции данных наблюдений в модели циркуляции
Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу
description На основе гидродинамической модели, включающей нелинейные уравнения движения, уравнения адвекции тепла и соли и процедуры ассимиляции, проведен численный эксперимент с высоким разрешением (350 м по горизонтали и 38 горизонтов по вертикали) с усвоением данных наблюдений гидрологической съемки, проведенной в июле 2000 г. в прибрежной зоне Южного берега Крыма. Изучена структура полей уровня и течений в зависимости от действующего ветра. В поле течений обнаружены и исследованы мезомасштабные структуры, которые соответствуют наблюдениям и отсутствуют в экспериментах с более грубым разрешением.
format Article
author Демышев, С.Г.
Евстигнеева, Н.А.
author_facet Демышев, С.Г.
Евстигнеева, Н.А.
author_sort Демышев, С.Г.
title Численный анализ течений в прибрежной зоне южного берега Крыма в июле 2000 года на основе ассимиляции данных наблюдений в модели циркуляции
title_short Численный анализ течений в прибрежной зоне южного берега Крыма в июле 2000 года на основе ассимиляции данных наблюдений в модели циркуляции
title_full Численный анализ течений в прибрежной зоне южного берега Крыма в июле 2000 года на основе ассимиляции данных наблюдений в модели циркуляции
title_fullStr Численный анализ течений в прибрежной зоне южного берега Крыма в июле 2000 года на основе ассимиляции данных наблюдений в модели циркуляции
title_full_unstemmed Численный анализ течений в прибрежной зоне южного берега Крыма в июле 2000 года на основе ассимиляции данных наблюдений в модели циркуляции
title_sort численный анализ течений в прибрежной зоне южного берега крыма в июле 2000 года на основе ассимиляции данных наблюдений в модели циркуляции
publisher Морський гідрофізичний інститут НАН України
publishDate 2012
topic_facet Процессы в системе «Океан-атмосфера»
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56864
citation_txt Численный анализ течений в прибрежной зоне южного берега Крыма в июле 2000 года на основе ассимиляции данных наблюдений в модели циркуляции / С.Г. Демышев, Н.А. Евстигнеева // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2012. — Вип. 26, том 2. — С. 27-39. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.
series Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу
work_keys_str_mv AT demyševsg čislennyianaliztečeniivpribrežnoizoneûžnogoberegakrymaviûle2000godanaosnoveassimilâciidannyhnablûdeniivmodelicirkulâcii
AT evstigneevana čislennyianaliztečeniivpribrežnoizoneûžnogoberegakrymaviûle2000godanaosnoveassimilâciidannyhnablûdeniivmodelicirkulâcii
AT demyševsg numericalanalysisofcurrentsincoastalzoneofsouthbankofthecrimeainjuly2000onbasisofassimilationofdataobservationsinmodelofcirculation
AT evstigneevana numericalanalysisofcurrentsincoastalzoneofsouthbankofthecrimeainjuly2000onbasisofassimilationofdataobservationsinmodelofcirculation
first_indexed 2025-12-01T17:41:21Z
last_indexed 2025-12-01T17:41:21Z
_version_ 1850328621846102016
fulltext 27 © С.Г. Демышев, Н.А. Евстигнеева, 2012 УДК 551.465 С.Г. Демышев, Н.А. Евстигнеева Морской гидрофизический институт НАН Украины, г. Севастополь ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗ ТЕЧЕНИЙ В ПРИБРЕЖНОЙ ЗОНЕ ЮЖНОГО БЕРЕГА КРЫМА В ИЮЛЕ 2000 ГОДА НА ОСНОВЕ АССИМИЛЯЦИИ ДАННЫХ НАБЛЮДЕНИЙ В МОДЕЛИ ЦИРКУЛЯЦИИ На основе гидродинамической модели, включающей нелинейные уравнения движения, уравнения адвекции тепла и соли и процедуры ассимиляции, проведен численный эксперимент с высоким разрешением (350 м по горизонтали и 38 гори- зонтов по вертикали) с усвоением данных наблюдений гидрологической съемки, проведенной в июле 2000 г. в прибрежной зоне Южного берега Крыма. Изучена структура полей уровня и течений в зависимости от действующего ветра. В поле течений обнаружены и исследованы мезомасштабные структуры, которые соответ- ствуют наблюдениям и отсутствуют в экспериментах с более грубым разрешением. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА : численное моделирование, прибрежная зона, ассимиля- ция данных наблюдений, мезомасштабные вихри. Введение. В прибрежной зоне Черного моря регулярно выполняются экспедиционные наблюдения, однако до настоящего времени обработка данных съемок с помощью гидротермодинамических моделей не проводи- лась. Синтез численной модели динамики и данных наблюдений позволяет восстановить трехмерные полей температуры, солености и течений, непре- рывные по времени и пространству, и поле вертикальной скорости, которое не измеряется. Гидрологическая съемка проводилась в прибрежной области Южного берега Крыма (ЮБК), ее схема изображена на рис. 1. Рис . 1. Схема расположения океанографиче- ских станций, выполненных на НИС «Нептун» в прибрежном районе ЮБК в июле 2000 г. 44,55° 44,50° 44,45° 44,40° 44,35° 44,30° Ш и р о т а , с е в е р н а я 34,0° 34,1° 34,2° 34,3° 34,4° 34,5° Долгота, восточная 28 Среди данных наблюдений, имеющихся в банке данных Морского гид- рофизического института (МГИ) НАН Украины [1] за период с 2000 по 2009 гг., для анализа выбрана гидрологическая съемка, которая была наибо- лее всего обеспечена данными по температуре и солености и где наблюда- лась значительная мезомасштабная изменчивость (июль 2000 г.). Качественные характеристики термохалинной структуры и динамики вод прибрежных зон ЮБК изучались в работах [2, 3], однако пространственно- временная изменчивость гидрофизической структуры шельфа Черного моря на масштабах 1 – 10 км и 1 – 100 час остается малоисследованной. Для исследуемого района ЮБК в [3, 4] с помощью гидродинамической модели, основанной на линейных уравнениях мелкой воды с учетом сил трения, проведены расчеты циркуляции с пространственным шагом 2 км для трех направлений ветра и различными профилями скорости климатиче- ских течений на жидких границах. Из анализа многолетней геострофиче- ской циркуляции в выбранном районе выделено три вида течений: Основ- ное Черноморское течение (ОЧТ) с хорошо выраженным струйным профи- лем скорости к берегу (для февраля), Ялтинский антициклонический круго- ворот (наиболее развит в ноябре), локальные круговороты в прибрежной зоне и ослабленное ОЧТ (в летний период). Отмечено, что рельеф дна явля- ется важным фактором при формировании циркуляции у ЮБК. В настоящей работе гидродинамическая модель МГИ НАН Украины [5], адаптированная к условиям прибрежной зоны ЮБК, с процедурой ассимиля- ции данных измерений температуры и солености используется для восста- новления гидрофизических полей с высоким разрешением в июле 2000 г. Осо- бое внимание уделяется изучению мезомасштабных структур, формирую- щихся в полях течений в прибрежной области Черного моря, определяются их кинематические характеристики и время существования. Описание гидрологической съемки в прибрежной зоне Черного мо- ря в июле 2000 г. В период с 11 по 15 июля 2000 г. проводилась гидроло- гическая съемка прибрежной области Черного моря (см. рис. 1) на НИС «Нептун», принадлежащем морской гидрометеостанции Ялты, с использо- ванием СТD-комплекса (Conductivity, Temperature and Depth – измеритель электропроводности, температуры и глубины) [6]. В задачи экспедиции входило изучение вертикальной и горизонтальной термохалинной структу- ры вод прибрежной зоны ЮБК в летний сезон. В ходе экспедиции была по- лучена информация о пространственно-временной изменчивости гидроло- гических полей, исследовано влияние вдольбереговых ветров на эволюцию апвеллинга. Опишем метеорологические условия, в которых проводилась данная экспедиция. В период времени 11 − 15 июля 2000 г. поля напряжения трения ветра характеризовались высокой изменчивостью и неравномерностью, скорость изменялась от нулевых значений до штормовых [6]. 11 июля и в первой половине дня 12 июля преобладали южные и юго- западные ветры со скоростью 3 − 6 м/с, во второй половине дня 12 июля − юго-восточные и восточные ветры с максимальной скоростью 6 м/с, дейст- вие которых в течение 13 июля усиливалось и достигало значения 15 м/с на западе области. В ночь на 14 июля, направление ветра изменилось на запад- 29 ное и юго-западное, и, как указано в [6], над центральными районами Чер- ного моря наблюдалось прохождение холодного участка фронта, который вызвал усиление ветра до 20 м/с на востоке области и штормовое волнение до 5 баллов днем 14 июля. В связи с этим работы экспедиции были приос- тановлены. В ночь с 14 на 15 июля шторм прекратился; в течение 15 июля при северо-восточном ветре 2 − 5 м/с съемка была продолжена. Приведем краткую характеристику данных измерений температуры и солености в июле 2000 г., имеющихся в банке данных МГИ НАН Украины [1]. Всего в ходе экспедиции на НИС «Нептун» [6, 7] для выбранной облас- ти было выполнено 52 станции (см. рис. 1). Глубина, до которой проводи- лись зондирования, изменялась от 13 до 70 м. Выделялось два этапа выпол- нения работ – у Симеиза и Алупки (11 – 12 июля, до шторма) и от Ялтин- ского залива до мыса Аю-Даг (13 июля и после шторма 15 июля). По данным измерений поверхностная температура изменялась от 21 до 24 °С, поверхностная соленость − от 17,6 до 17,9 ‰. На всех рассматривае- мых станциях наблюдался слой скачка на глубине 11 − 27 м в зависимости от расположения станции: в прибрежных областях пикноклин заглублен до 22 – 27 м, в мористых районах съемки – максимально приподнят до 11 – 18 м. Средний перепад в значениях температуры в слое скачка составлял 8 − 10 °С, в значениях солености − 0,7 − 1 ‰. Анализ выполненных измерений в [6, 7] выявил высокую изменчивость динамических процессов в прибрежной зоне ЮБК, обнаружены, в частно- сти, прибрежные вихревые образования и зоны апвеллинга, определяющие распределение, аккумуляцию и перенос вод с различными свойствами. Ус- тановлено, что циркуляция прибрежного антициклонического вихря являет- ся одной из внутренних причин, создающей условия для развития апвел- линга у берегов Крыма. Условия проведения численного эксперимента. Рассматривалась область Черного моря, расположенная между параллелями 44,25° с.ш. и 44,72º с.ш. и меридианами 33,95° в.д. и 34,55° в.д. Система уравнений модели в приближении Буссинеска, гидростатики и несжимаемости морской воды представлена в [5]. В уравнениях движения и переноса тепла и соли использовалось гармоническое представление турбу- лентных слагаемых. Краевые условия на поверхности, на дне и на твердых боковых стенках также описаны в [5]. Численная схема модели подробно описана в [5, 11] с указанием проведенных преобразований, учитывающих задание скоростей, температуры и солености на открытых границах. Так как для выбранного периода времени отсутствуют данные расчетов для всего Черного моря с шагом 5 км, для задания граничных условий на жидких границах были выбраны следующие условия для компонент скоро- сти: .0,0 =∂∂=∂∂ nvnu Для температуры и солености на участках, где вода втекает, использовались условия 0,0 =∂∂=∂∂ nSnT ; для определе- ния температуры и солености на открытых границах, где вода вытекает, за- давались условия излучения с использованием центральной явной схемы для расчета скорости переноса возмущений. 30 Для получения начальных полей u, v, ζ , T и S для численного экспери- мента были проведены следующие вспомогательные расчеты. 1. Полагали .ζ,vu 00 === В качестве исходных полей температуры и солености использовались климатические поля, рассчитанные по модели для всего моря с шагом 5 км в работе [10] для 11 июля. Эти поля были ли- нейно проинтерполированы на сетку с высоким разрешением и выбраны значения, попадающие в рассматриваемую область. 2. Для всех горизонтов, где имелись данные измерений, была проведена процедура оптимальной интерполяции данных натурных наблюдений 11 – 13 июля 2000 г. (до шторма), отнесенных к одному моменту времени. Сформированные поля T и S далее использовались на втором этапе по- строения начальных полей. 3. Система уравнений модели с указанными начальными условиями ин- тегрировалась в течение 5 суток с краевыми условиями, которые не изменя- лись по времени. Из анализа графиков средней по объему и на горизонтах кинетической энергии было установлено, что квазигеострофический баланс достигается через два дня. Полученные поля u, v, ζ , T и S принимались за начальные поля для основного эксперимента. Численные эксперименты проводились с разрешением 350 м по осям x и у. Шаг по времени 10 с. Общее время интегрирования уравнений модели – 105 час (с 11 июля 13 час по 15 июля 22 час 2000 г.). По вертикали горизон- тальные составляющие скорости течений, температура и соленость рассчи- тывались для 38 горизонтов: 1; 3; 5; 7; 10; 13; 16; 20; 25; 30; 36; 42; 48; 55; 65; 80; 95; 120; 150; 200; 300; ... 2000 м. Вертикальная компонента скорости вычислялась для промежуточных горизонтов. Для коэффициентов турбулентной вязкости и диффузии по горизонтали выбраны значения .к, HH /cсм1035/cсм1015 2424 ⋅=⋅=ν Коэффициенты тур- булентного обмена импульсом и диффузии по вертикали до глубины 100 м рассчитывались с аппроксимацией Филандера-Пакановского [12] с парамет- рами 10 =R , ,V ссм5 2 0 =ν ,S ссм5 2 0 =ν ,T ссм5 2 0 =ν ,ссм5 2 1 =ν ,S ссм2 2 1 =κ .T ссм2 2 1 =κ Для горизонтов ниже 100 м полагали .κ,κ, TS V ссм1ссм1ссм1 222 ===ν На поверхности моря каждый час задавались поля тангенциального на- пряжения трения ветра, потоки тепла, коротковолновой радиации, осадки и испарение, полученные с разрешением 0,01º сотрудниками отдела взаимо- действия атмосферы и океана МГИ НАН Украины и линейно проинтерпо- лированные на выбранную сетку. Для реализации процедуры усвоения данных натурных наблюдений ис- пользовалась упрощенная процедура четырехмерного анализа [13, 14], в которой ковариационные функции полей температуры и солености рассчи- тывались в предположении однородности и изотропности. По результатам предварительных экспериментов было установлено, что если проводить ассимиляцию данных в момент измерения, их влияние на гид- рофизические поля будет несущественно, поэтому все данные гидрологической съемки были сгруппированы следующим образом: 11 июля в 16 час (4 стан- 31 ции), 12 июля в 12 час (6 станций), 12 июля в 16 час (7 станций), 13 июля в 9 час (5 станций), 13 июля в 14 час (5 станций), 15 июля в 7 час (10 стан- ций), 15 июля в 12 час (8 станций), 15 июля в 15 час (7 станций). Таким об- разом, в выбранные моменты ассимиляции осуществлялась коррекция по- лей температуры и солености. После каждого усвоения данных гидрологи- ческой съемки проводилась процедура согласования гидрофизических по- лей. Она заключалась в интегрировании уравнений модели с краевыми ус- ловиями, которые не изменялись, до времени достижения квазипериодиче- ского режима интегральной характеристики: средней по объему и по гори- зонтам кинетической энергии (для каждого момента усвоения данных это время не превышало 1 сутки). Поля приведенного уровня. Проанализируем изменения в полях уров- ня в зависимости от направления действующего ветра. На рис. 2 представ- лены поля уровня, полученные 11 июля в 16 час, 12 июля в 07 час, 12 июля в 13 час, 13 июля в 16 час, 14 июля в 13 час и 15 июля в 13 час. 11 июля под действием южного ветра, действующего с 13 до 16 час с максимальной скоростью 5,6 м/с, максимальные значения нагонов сформи- ровались вблизи г. Ялта (до 1,46 см) (рис. 2, а), максимальные отрицатель- ные значения ζ – у юго-восточной границы (до -1,35 см). Рис . 2. Поля уровня (см), сформировавшиеся 11 июля в 16 час (а), 12 ию- ля в 07 час (б), 12 июля в 13 час (в), 13 июля в 16 час (г), 14 июля в 13 час (д) и 15 июля в 13 час (е) 2000 г. С 11 июля 16 час по 12 июля 07 час над поверхностью моря преобладал юго-западный ветер с максимальной скоростью 4 м/с. Поле уровня, сформи- ровавшееся под его действием, представлено на рис. 2, б (максимальные положительные значения ζ отмечались у восточной границы области, мак- 34,0° 34,2° 34,4° 34,0° 34,2° 34,4° 34,0° 34,2° 34,4° Долгота, восточная Долгота, восточная Долгота, восточная 44,7° 44,6° 44,5° 44,4° 44,4° 44,7° 44,6° 44,5° 44,4° 44,3° Ш и р о та , с ев ер н ая Ш и р о та , с ев ер н а я 32 симальные отрицательные – у южной границы). 12 июля с 08 до 13 час на- правление ветра изменилось на южное и юго-восточное, и указанные ветры действовали с максимальной скоростью 3,7 м/с. Качественные изменения в поле уровня для 12 июля 13 час по сравнению с полем, представленным на рис. 2, б, заметны севернее 44,4º (см. рис. 2, в). В период с 12 июля 13 час по 14 июля 01 час господствовали юго- восточные, северо-восточные и восточные ветры, максимальная скорость действия которых 13 июля 16 час увеличилась до 15 м/c. В поле уровня (см. рис. 2, г) максимальные по модулю значения ζ достигали 6,8 см (вблизи южной границы). 14 июля с 07 час действовали западные и юго-западные ветры, скорость которых в 13 час увеличилась до 20 м/с. В поле уровня, сформировавшемся в это время (см. рис. 2, д), заметны качественные отличия по сравнению с полем, показанном на рис. 2, г, в частности: вблизи меридиана °34,05 в.д. происходило более интенсивное сгущение изолиний при приближении к береговой линии. Максимальные положительные значения ζ (5 см) отмеча- лись на северо-востоке области, максимальные отрицательные (-7 см) – у южной границы. 15 июля с 07 до 22 час над поверхностью моря преобладал северо-вос- точный ветер, сила действия которого максимальна в 13 час – 7 м/с. Поле уровня, рассчитанное для этого времени, представлено на рис. 2, е. Макси- мальные по модулю значения ζ не превышали 4 см (вблизи южной грани- цы). Отметим качественные изменения в структуре поля уровенной поверх- ности севернее параллели °44,4 с.ш. по сравнению с полями, рассчитанны- ми до действия штормового ветра (см. рис. 2, а – д). Поля течений. Согласно [6], в прибрежной зоне ЮБК, между мысами Кикинеиз и Аю-Даг, в июле 2000 г. особенности динамики вод определялись следующими факторами: – интенсивным потоком ОЧТ на запад и юго-запад, который непосред- ственно приближался к берегу в районе свала глубин у мыса Аю-Даг; – неравномерным ветром, скорость которого изменялась от нулевых до экстремальных значений (при действии штормового вдольберегового юго- западного ветра); – влиянием на ОЧТ очертаний береговой линии ЮБК и неоднородно- стей рельефа. В рассматриваемый период времени над поверхностью моря действова- ли южный, юго-западный, юго-восточный, северо-восточный и западный ветры. Изучим изменения в полях течений, сформировавшихся под их влия- нием. На рис. 3 представлены поля поверхностных течений, полученные 11 июля в 16 час, 12 июля в 07 час, 12 июля в 13 час, 13 июля в 16 час, 14 июля в 13 час и 15 июля в 13 час (изображается каждая четвертая стрелка). При южном ветре, действующем 11 июля с 13 до 16 час (максимальное значение 5,6 м/с), направление движения течений (см. рис. 3, а) на севере совпадало с действующим ветром, в остальной части области течения ори- ентированы на северо-запад и запад. Максимальные значения скорости дос- тигались в районе Симеиза – Алупки (до 17 см/с). Ниже горизонта 10 м ос- 33 новное направление течений – юго-западное, максимумы значений скорости на горизонте 10 м 11 июля в 16 час (вблизи Симеиза – Алупки) – 18 см/с, на горизонте 65 м – 9 см/с, на горизонте 300 м – 3 см/с. Рис . 3. Поля поверхностных течений (см/с), сформировавшиеся 11 июля в 16 час (а), 12 июля в 07 час (б), 12 июля в 13 час (в), 13 июля в 16 час (г), 14 июля в 13 час (д) и 15 июля в 13 час (е) 2000 г. Поле течений на верхнем горизонте, сформировавшееся под действием юго-западного ветра 12 июля в 07 час (максимальная скорость 3 м/с), пред- ставлено на рис. 3, б. Основное направление течений – юго-западное, мак- симальные значения скорости до 20 см/с наблюдались вблизи открытой юж- ной границы. Как указано в [6], разнонаправленные потоки вдольберегового дрейфового течения под влиянием юго-западного ветра и ОЧТ, распростра- няющегося с северо-востока, являлись причиной формирования динамиче- ской структуры с антициклонической завихренностью в Ялтинском заливе (расположенном между 44,4 и 44,52° с.ш.). По модельным расчетам указан- ное динамическое образование вблизи г. Ялта существовало в верхнем пя- тиметровом слое в период с 11 июля 19 час по 12 июля 10 час при действии юго-западного ветра. На западе области (район Симеиза) отчетливо про- слеживалась на верхнем горизонте и до глубины 25 м динамическая струк- тура с антициклонической завихренностью. 12 июля в период с 08 час до 13 час действующие южный и юго- восточный ветры (максимальная скорость 3,7 м/с) и поток ОЧТ направляли течения на юго-запад (см. рис. 3, в), севернее 44,55° с.ш. течения ориенти- рованы по ветру), максимальные значения скорости 22 см/с отмечались вблизи западной границы. Ниже горизонта 10 м течения направлены на юго-запад. 34,0° 34,2° 34,4° 34,0° 34,2° 34,4° 34,0° 34,2° 34,4° Долгота, восточная Долгота, восточная Долгота, восточная 44,7° 44,6° 44,5° 44,4° 44,4° 44,7° 44,6° 44,5° 44,4° 44,3° Ш и р о та , с ев ер н ая Ш и р о та , с ев ер н а я 34 Однонаправленные поток ОЧТ и северо-восточный ветер, действующий с максимальной скоростью 15 м/c, 13 июля 16 час привели к увеличению скорости течений на западе области на верхнем горизонте до 110 см/с (см. рис. 3, г), на горизонте 10 м до 70 см/с, на горизонте 30 м до 60 см/с, основ- ное направление течений – юго-западное. В слое воды 10 – 65 м на западе сформировалась структура с антициклонической завихренностью. Поле течений на верхнем горизонте, сформировавшееся под действием западных ветров с максимальной скоростью 20 м/с, для 14 июля 13 час представлено на рис. 3, д. Отметим, что в выбранный период времени ветер оказывал преобладающее влияние на формирование циркуляции на верхних горизонтах. Максимальные значения скорости поверхностных течений дос- тигали 100 см/с вблизи открытых южной и восточной границ. Ниже гори- зонта 10 м течения направлены на юго-запад. Максимум скорости течений на горизонте 10 м – 80 см/с, на горизонте 30 м – 70 см/с. Поле течений на верхнем горизонте, сформировавшееся под действием се- веро-восточного ветра с максимальной скоростью 7 м/с, 15 июля 13 час пред- ставлено на рис. 3, е. Под действием потока ОЧТ и северо-восточного ветра, поверхностные течения направлены на запад, где скорость течений достигала 57 см/с. Севернее параллели °63,44 с.ш. течения направлены на северо-восток. Оценим вклад слагаемых ( )zzVuν и ( )zzVvν , в которых учитываются ка- сательные напряжения трения ветра, а также вклад слагаемых ( ) 0ρP'gζ xx −− и ( ) 0ρP'gζ yy −− , в которых учитываются градиенты плотности, при расчете tu и tv . На рис. 4, а и б представлены графики изменения со временем экстре- мальных значений проекций касательного напряжения трения ветра на ось x и y соответственно. На рис. 4, в и г представлены графики изменения со временем осредненных по площади слагаемых ( )zzVuν и ( )zzVvν (штрихо- вые линии), ( ) 0ρP'gζ xx −− и ( ) 0ρP'gζ yy −− (сплошные тонкие линии), tu и tv (сплошные толстые линии) на горизонте 1 м. Из анализа графиков, построенных для верхнего горизонта (см. рис. 4, в и г) и остальных горизонтов, отметим, что при расчете tu в верхнем слое (см. рис. 4, в) учет напряжений трения ветра вносил существенный вклад 13 и 14 июля (когда сила ветра максимальна), на горизонтах ниже 10 м вклад слагаемых ( )zzVuν и ( )zzVvν несущественен. При расчете tv значительный вклад вносили слагаемые ( ) 0ρP'gζ yy −− (см. рис. 4, г). Согласно данным спутниковой съемки, выполненной в инфракрасном (ИК-) диапазоне, после шторма в ночь с 14 на 15 июля у западной части ЮБК наблюдалась зона апвеллинга с выходом на поверхность вод с темпе- ратурой ниже 20 ºС, что подтверждается результатами численного расчета. На рис. 5 представлены поля температуры на горизонте 1 м, полученные с период с 14 июля 16 час по 15 июля 07 час с дискретностью 3 часа. Отме- тим, что 14 июля в 13 час значения температуры ниже 20 ºС достигались лишь в нескольких точках области, с течением времени область понижен- ных значений T увеличивалась (см. рис. 5, а – д), и в 15 июля 04 час достига- лось минимальное значение поверхностной температуры – 15,9 ºС (рис. 5, е). 35 Рис . 4. Графики изменения со временем: а – экстремальных значений xτ , б – экстремальных значений yτ , в – осредненных по площади слагаемых ( )zzVuν , ( ) 0ρP'gζ xx −− , tu на верхнем горизонте, г – осредненных по площади слагаемых ( )zzVvν , ( ) 0ρP'gζ yy −− , tv на верхнем горизонте. Анализ рассчитанных модельных полей течений 14 июля подтвердил на- личие в районе Симеиза – Алупки интенсивного вдольберегового потока (см., например, рис. 3, д), который стимулировал апвеллинг в результате экманов- ского эффекта. Воздействие штормового юго-западного ветра 14 июля усилило этот эффект, и утром 15 июля сформировался интенсивный апвеллинг. Завершая анализ циркуляции в период с 11 по 15 июля 2000 г., отметим, что сформировалась и поддерживалась в течение расчетного периода цикло- ническая завихренность в полях течений, и только воздействие интенсивных юго-западных и западных ветров (в период с 14 июля 10 час по 14 июля 22 час) привело к качественным изменениям в структуре полей в верхнем 10-метровом слое (см. рис. 4, е) – циркуляция стала антициклонической. 0 40 80 0 40 80 Время, час Время, час 6 4 2 0 -2 -4 0,008 0,004 0 -0,004 -0,008 а б в г U V 36 Рис . 5. Поля поверхностной температуры (в ºС), сформировавшиеся 14 июля в 16 час (а), 14 июля в 19 час (б), 14 июля в 22 час (в), 15 июля в 01 час (г), 15 июля в 04 час (д) и 15 июля в 07 час (е) 2000 г. Отметим основные особенности, обнаруженные в полях течений. Кроме упомянутой динамической структуры с антициклонической завихренностью в Ялтинском заливе (см. рис. 3, г), в полях течений у западного берега сфор- мировались мезомасшабные антициклонические образования, отмеченные по данным наблюдениям в [6, 7]. В [6] отмечено, что генерация таких мезомас- штабных образований может быть следствием влияния на ОЧТ выступов бе- регов. Эти явления являлись причиной того, что вдольбереговое течение у западного берега могло менять направление с юго-западного на юго- восточное и восточное. По результатам численного расчета эти структуры сформировались в периоды времени с 01 час 12 июля по 07 час 12 июля и с 07 час 13 июля по 10 час 15 июля в слое воды 1 – 65 м. В качестве иллюстра- ции приведем фрагменты полей течений, рассчитанные для 04 час 12 июля на разных горизонтах (на рис. 6 изображена каждая вторая стрелка). В [13] упомянутые антициклонические динамические структуры выде- лялись как области максимального заглубления изопикнической поверхно- сти, пониженным солезапасом и максимальным теплозапасом, а также де- лается вывод, что указанные антициклонические динамические образования создали необходимые условия для формирования апвеллинга (приподнятый к поверхности тонкий термоклин и интенсивный вертикальный обмен, ос- лабивший устойчивость вод в слое пикноклина). Как известно, между стрежнем ОЧТ и берегом существует зона антици- клонической завихренности поля течений. 34,0° 34,2° 34,4° 34,0° 34,2° 34,4° 34,0° 34,2° 34,4° Долгота, восточная Долгота, восточная Долгота, восточная 44,7° 44,6° 44,5° 44,4° 44,4° 44,7° 44,6° 44,5° 44,4° 44,3° Ш и р о та , с ев ер н ая Ш и р о та , с ев ер н а я 37 Рис . 6. Фрагменты полей течений (в см/с), наблюдавшиеся в 04 час 12 июля 2000 г. на горизонтах 1, 20 и 65 м. В рассматриваемый период времени сформировались прибрежные вихре- вые образования и антициклонические вихри в открытом море с диаметром около 8 км на разных горизонтах ниже глубины 40 м как результат влияния на ОЧТ неоднородностей рельефа дна и береговой орографии. В качестве приме- ра на рис. 7 приведем фрагменты полей течений (на рис. 7 изображена каждая вторая стрелка), на которых отчетливо прослеживались указанные элементы циркуляции на горизонтах 42, 65, 95, 150, 400 и 700 м, полученные 11 июля в 16 час и 19 час, 13 июля в 13 час и 19 час и 15 июля в 04 час. Рис . 7. Поля течений (в см/с): а – 11 июля в 16 час на горизонте 42 м, б – 11 июля в 19 час на горизонте 65 м, в – 11 июля в 19 час на горизонте 95 м, г – 15 июля в 04 час на горизонте 150 м, д – 13 июля в 19 час на горизонте 400 м, е – 13 июля в 13 час на горизонте 700 м. В слое воды, охватывающем глубины 42 – 95 м, (см. рис. 7, а, б, в) вих- ревые образования существовали 11 июля с 16 до 22 час, в слое с глубинами от 100 до 200 м в центральной части области антициклонический вихрь сформировались 15 июля с 04 по 13 час (см. рис. 7, г), а в слое воды с глу- бинами от 300 до 700 м (см. рис. 7, д, е) – в период с 16 час 13 июля по 13 час 14 июля. 34,0° 34,1° 34,2° 34,0° 34,1° 34,2° 34,0° 34,1° 34,2° Долгота, восточная Долгота, восточная Долгота, восточная 44,45° 44,40° 44,35° 44,30° Ш и р о т а , с е в е р н а я а б в г д е 34,2° 34,3° 34,4° 34,5° 34,2° 34,3° 34,4° 34,5° 34,2° 34,3° 34,4° 34,5° Долгота, восточная Долгота, восточная Долгота, восточная 44,70° 44,65° 44,60° 44,55° 44,50° 44,45° 44,65° 44,60° 44,55° 44,50° 44,45° 44,40° Ш и р о т а , с е в е р н а я Ш и р о т а ,с е в е р н а я 38 Заключение. На основе гидродинамической модели с усвоением дан- ных наблюдений при учете реального атмосферного воздействия в при- брежном районе ЮБК рассчитаны гидрофизические поля с пространствен- ным разрешением 350 × 350 м по горизонтали и 38 горизонтов по вертикали в период с 11 по 15 июля 2000 г. Полученные результаты согласуются с ре- зультатами, представленными в работах [4, 6, 7]. Результаты численного расчета подтвердили формирование в западной части ЮБК зоны апвеллинга (с выходом на поверхность вод вдоль всего по- бережья с температурой ниже 20 ºС в ночь на 15 июля 2000 г.), которая на- блюдалась по спутниковым наблюдениям, и позволили проанализировать распространение холодных вод на поверхности моря. Показано, что изменение метеоусловий привело к качественным изме- нениям в структуре полей приведенного уровня, в частности, при действии штормового ветра – к сгущению изолиний при приближении к берегу. Мак- симальные по модулю значения ζ достигали 7 см вблизи южной открытой границы. Получено, что в рассматриваемый период ОЧТ оказывало преобладаю- щее влияние на формирование циркуляции вод, и только воздействие ин- тенсивных юго-западных и западных ветров (с максимальной скоростью до 20 м/с) привело к качественным изменениям в структуре полей течений в верхнем 10-метровом слое. Действие этих ветров привело к увеличению скорости течений на верхнем горизонте до 1 м/с. Ниже горизонта 10 м ос- новное направление течений – юго-западное и западное. В районе г. Ялта в верхнем пятиметровом слое сформировалась дина- мическая структура с антициклонической завихренностью как результат взаимодействия разнонаправленных потоков дрейфового течения под влия- нием юго-западного ветра и ОЧТ, распространяющегося с северо-востока, определено время ее существования. В слое воды 1 – 65 м в районе Симеиза – Алупки при влиянии на ОЧТ выступов берега могли генерироваться мезомасшабные антициклонические образования. Ниже глубины 40 м влияние на ОЧТ неоднородностей рельефа дна и конфигурации побережья привело к формированию прибрежных вих- ревых образований и антициклонических вихрей в открытом море. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Суворов А.М., Андрющенко Е.Г., Годин Е.А. и др. Банк океанологических данных МГИ НАНУ: содержание и структура баз данных, система управления базами данных // Системы контроля окружающей среды. – Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика», 2003. − С. 130-137. 2. Зац В.И., Лукьяненко О.Я., Яцевич Г.В. Гидрометеорологический режим Южно- го берега Крыма. – Л.: Гидрометеоиздат, 1966. – 124 с. 3. Блатов А.С., Иванов В.А. Гидрология и гидродинамика шельфовой зоны Чер- ного моря. – Киев: Наукова думка, 1992. – 244 с. 4. Иванов В.А., Новичихина А.Н., Хмара Т.В. Численное моделирование динамики наносов в прибрежной зоне Южного берега Крыма // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. – Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика». – 2000. – Вып. 2. – С. 283-292. 5. Демышев С.Г., Коротаев Г.К. Численная энергосбалансированная модель бароклинных течений океана на сетке С // Численные модели и результаты 39 калибровочных расчетов течений в Атлантическом океане. – M.: Изд. ИВМ. – 1992. – С. 163-231. 6. Ильин Ю.П., Репетин Л.Н. Романов А.С., Губарь Г.А. Океанографические исследования прибрежной зоны Южного Берега Крыма с применением современных технологий судовых и спутниковых измерений // Научные труды УкрНИГМИ. – 2000. – Вып. 248. – С. 228-241. 7. Репетин Л.Н., Романов А.С., Чурилова Т.Я. Апвеллинг в зоне антициклони- ческой завихренности на шельфе Южного Крыма // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. – Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика». – 2010. – Вып. 22. – С. 205-227. 8. Демышев С.Г., Коротаев Г.К., Кныш В.В. Моделирование сезонной изменчи- вости температурного режима верхнего деятельного слоя Черного моря // Известия РАН, серия: Физика атмосферы и океана. – 2004. – Том 40, № 2. – С. 259-270. 9. Яковлев Н.Г. Численная модель и предварительные результаты расчетов по воспроизведению летней циркуляции вод Карского моря // Известия РАН, серия: Физика атмосферы и океана. – 1996. – Том 32, № 5. – С. 714-723. 10. Демышев С.Г., Иванов В.А., Маркова Н.В., Черкесов Л.В. Построение поля тече- ний в Черном море на основе вихреразрешающей модели с ассимиляцией кли- матических полей температуры и солености // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. – Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика». – 2007. – Вып. 15. – С. 215-226. 11. Демышев С.Г., Евстигнеева Н.А. Численная баротропная модель течений на шельфе Черного моря // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. – Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика». – 2009. – Вып. 19. – С. 78-86. 12. Pacanowski R.C., Philander S.G.H. Parameterization of vertical mixing in numerical models of tropical oceans // J. Phys. Oceanogr. − 1981. − Vol. 11, № 11. − P. 1443-1451. 13. Кныш В.В., Моисеенко В.А., Саркисян А.С. и др. Комплексное использование измерений на гидрофизических полигонах океана в четырехмерном анализе // Докл. АН СССР. – 1970. – Том 4. – С. 832-836. 14. Саркисян А.С., Кныш В.В., Демышев С.Г. и др. Многоэлементный четырехмерный анализ гидрофизических полей на основе динамико-стохастических моделей // Итоги науки и техники. Атмосфера, океан, космос. – 1987. – Том 9. – С. 5-64. Материал поступил в редакцию 16 .11 .2012 г . АНОТАЦIЯ На основі гідродинамічної моделі, що включає нелінійні рівняння руху, рівняння адвекції тепла і солі і процедури асиміляції, проведений чисельний експери- мент з високим дозволом (350 м по горизонталі і 38 горизонтів по вертикалі) із засвоєн- ням даних спостережень гідрологічної зйомки, проведеної в липні 2000 р. в прибереж- ній зоні Південного берега Криму. Вивчена структура полів рівня і течій залежно від вітру, що діє. У полі течій виявлені і досліджені мезомасштабні структури, які відпові- дають спостереженням і відсутні в експериментах з грубішим розрізненням. ABSTRACT On the basis of hydrodynamic model, including nonlinear equations of mo- tion, equations of warm advection and salt and assimilation procedure, a numeral experiment with high resolution (horizontal resolution 350 m and vertical resolution 38 horizons) with assimilation of data observations of hydrological survey, which was held in July, 2000 in the coastal zone of the South bank of the Crimea, is conducted. The structure of the fields of level and currents is studied depending on acting wind. Mezoscale structures, which correspond to the supervisions and are absent in experiments with more rough resolution, are discovered and investigated in the field of currents.

Ähnliche Einträge