The role of the bottom relief and the β-effect in the Black Sea dynamics

Abstract

Обсуждаются результаты численных экспериментов, выполненных в рамках двухслойной вихреразрешающей модели Черного моря. В модели учитываются рельеф дна, β-эффект, придонное трение и горизонтальная турбулентная вязкость, параметризуемая бигармоническим оператором. Расчеты проведены на длительный срок до выхода решения на статистическиравновесный режим, который характеризуется наличием интенсивных течений, волн и вихрей. Показано, что в режиме статистического равновесия в море существует круговая циркуляция циклонической направленности, в верхнем слое образуется струйное меандрирующее течение-аналог ОЧТ. В нижнем слое выявлены достаточно интенсивные волны, которые накладываются на поток, распространяющийся вдоль изобат. Эти волны можно характеризовать как топографические волны Россби, захваченные материковым склоном. Предложена методика анализа таких волн. Показано, что волновые возмущения течений в нижнем слое существенно влияют на течения в верхнем слое, способствуя их неустойчивости и меандрированию. Ключевые слова: Черное море, вихреразрешающая модель, численный эксперимент, β-эффект, топографические волны Россби, рельеф дна, захваченные волны.

Influence of Seasonal Variability of the Wind Stress Vorticity on the Structure of the Black Sea Circulation

“…Движение воды в море возбуждается только воздействием касательного напряжения ветра, сток энергии осуществляется за счет горизонтальной турбулентной вязкости, придонного трения и трения между слоями на границе их раздела. Более подробное описание модели имеется в работах [1,2].…”

“…Как было показано [2,3], необходимым условием для формирования известной по наблюдениям циркуляции в Черном море, является обязательный учет в модели таких факторов, как долговременное воздействие ветра с циклонической завихренностью, нелинейность, плотностная стратификация (двухслойность), β-эффект, рельеф дна. При этом коэффициенты горизонтальной вязкости, трения на дне и между слоями должны быть заданы достаточно малыми, чтобы не препятствовать процессам гидродинамической неустойчивости, приводящим к вихреобразованию.…”

“…В начальном периоде (spin-up) происходит накопление энергии и формирование течений. В предыдущих экспериментах со стационарным ветром [2] этот период заканчивался, когда скорости течения достигали значений, при которых начинали проявляться нелинейные эффекты, приводившие к возникновению гидродинамической неустойчивости и образованию мезомасштабных вихрей. При этом резко уменьшался приток энергии в море от ветра, что, в свою очередь, приводило к уменьшению DPE и KE1.…”

“…В этом режиме в эксперименте со стационарным ветром на графиках энергии наблюдаются длинноволновые колебания двух видов (рис. 2): с периодом около 50 сут, обусловленные образованием мезомасштабных вихрей при меандрировании струйного кругового течения в верхнем слое, и со значительно большим периодом от одного до двух лет, связанные с динамическими процессами в нижнем слое, более инерционном вследствие его значительной толщины [2].…”

“…В области материкового склона в поле течений генерируются захваченные волны, распространяющиеся, как и течения, в циклоническом направлении. В глубоководной части моря формируются баротропные волны Россби [2,15,16], которые способствуют переносу и накоплению циклонической завихренности поля скорости течений в западной половине бассейна. Отметим, что при сезонной изменчивости завихренности ветра процессы волнообразования и передачи энергии в нижний слой моря получаются более интенсивными, чем в экспериментах с постоянной завихренностью.…”