Ученые выявили особенности трансформации энергии в океанических вихрях
Способность мезомасштабных океанических вихрей передавать свою потенциальную и кинетическую энергию тонким вихревым нитям — филаментам, выявили океанологи Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ), 31 июля сообщает пресс-служба вуза.
Исследование проводилось с помощью данных модели GLORYS12V1 (Global Ocean Physics Reanalysis) — глобальный реанализ океанских вихрей с пространственным разрешением 1/12° на 50 уровнях. Проверка теоретических результатов проводилась по данным наблюдения. Анализируемый вихрь располагался в Норвежском море.
Океанические или мезомасштабные вихри представляют собой круговое или спиралевидное перемещение океанской воды, возникающее под воздействием течения, ветра, гравитации и иных сил.
Вихри выполняют горизонтальное перемешивание воды в океане, перенося при этом тепло, массу, кинетическую энергию и биохимические параметры из области своего образования на расстояния, иногда превышающие сотни километров. Перемещение теплых или холодных океанических вихрей определяет погоду побережья и влияет на климат.
Районы вихревой активности распространены повсеместно, но при этом обычно располагаются в областях неустойчивости крупных циркуляционных структур. Так, зоны неустойчивости интенсивных океанических течений, таких как Гольфстрим или Куросио, способствуют образованию вихрей. Еще одной важной причиной образования вихрей выступает их слияние и взаимодействие с топографией дна.
Хотя в изучении кинематических свойств и динамических особенностей вихрей в настоящее время достигнут значительный прогресс, довольно много явлений всё еще не объяснены наукой, в том числе пока не известно, как вихри сохраняются в неоднородных внешних течениях.
Лофотенская котловина Норвежского моря, ставшая объектом исследования, является самым динамически активным транзитным регионом, который характеризуется локальными максимумами дисперсии (разброса значений) уровня океана и кинетической энергии вихрей.
Динамическую активность этой области создают мезомасштабные вихри, образующиеся в Норвежском течении, переносящем воду Атлантического океана в Арктику.
Уникальной природной особенностью Лофотенской котловины является квазипостоянный антициклон, располагающийся в ее центре, а сама она благодаря своим гидродинамическим условиям и особенностями топографии просто «кишит» мезомасштабными вихрями.
Выполненное океанологами СПбГУ исследование показало, что в процессе эволюции мезомасштабных вихрей из-за деформирующего их течения возможна перекачка энергии от вихрей к филаментам — вихревым нитям.
Профессор кафедры океанологии СПбГУ Татьяна Белоненко пояснила: «Основной вывод работы заключается в том, что при эволюции мезомасштабных вихрей следует ожидать перекачку энергии от вихрей к филаментам, то есть от мезомасштабных движений к субмезомасштабным. Это прямой энергетический каскад, и связан он с неограниченным вытягиванием вихрей в вихревые нити (филаменты). Одновременно уменьшение энергии вихрей при том же процессе вытягивания возвращает энергию в течения».
Результаты работы, выполненной в рамках проекта «Исследование динамики изолированных вихрей в океане с использованием методов дистанционного зондирования, in situ и модельных данных», представлены в статье «Изменение доступного потенциала и кинетической энергии мезомасштабных вихрей при их вытягивании в нити», опубликованной в Journal of Marine Science and Engineering.
Татьяна Белоненко рассказала, что в планах ученых исследование взаимодействия между мезомасштабными вихрями, фронтами, морской топографией и биологической продуктивностью океана и воздействия этих факторов на океанские экосистемы.
