Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Формирование и эволюция вертикальной структуры верхнего слоя океана

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Мошонкин, Сергей Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ЭКСПЕРЖЕНТАЛЬНЫХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ

ИССЛЕДОВАНИЙ ВЕРХНЕГО СЛОЯ ОКЕАНА.

1.1. Исследование эволюции вертикальной структуры верхнего слоя океана на основе данных экспедиционных наблюдений

1.2. Моделирование вертикальной структуры верхнего слоя океана и апробация моделей на основе данных наблюдений.

ГЛАВА 2. ОСОБЕННОСТИ ВЕРТИКАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ В ОКЕАНЕ И ЕЕ ИЗМЕНЧИВОСТИ ПО ДАННЫМ КОРАБЛЕЙ ПОГОДЫ.

2.1. Данные натурных наблюдений, методика их обработки.

2.1.1. Общая характеристика использованных данных.

2.1.2. Методика расчетов.

2.2. Фоновые характеристики гидрометеорологических параметров в районах кораблей погоды.

2.3. Основные особенности квазисезонной (внутригодовой) эволюции верхнего слоя океана

2.3.1. Оценка влияния адвекции на изменчивость вертикальной структуры

2.3.2. Эволюция потоков плавучести на поверхности океана и стратификация поверхностного слоя воды

2.3.3. Эволюция толщины верхнего перемешанного слоя океана.

2.3.4. Сезонный пикноклин

-32.4. Синоптическая (внутрисезонная) изменчивость характеристик верхнего слоя океана

2.4.1. Вертикальная структура колебаний гидрологических характеристик.

2.4.2. Особенности эволюции слоя скачка плотности.

2.4.3. Связь характеристик атмосферы и океана.

ГЛАВА 3. ЖЗОМАСШТАБНАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ВЕРТИКАЛЬНОЙ

СТРУКТУРЫ ВЕРХНЕГО СЛОЯ ОКЕАНА.

3.1.Условия специализированного эксперимента

3.2. Потоки на поверхности океана.

3.3. Влияние доядей на структуру верхнего слоя

3.4. Закономерности изменения толщины, температуры и солености перемешанного слоя.

3.5. Сезонный пикноклин.

3.5.1. Динамика элементов микроструктуры. . . . ПО

3.5.2. Эволюция формы профиля пикноклина; влияние адвекции.

3.6. Основные особенности эволюции верхнего слоя океана.

ГЛАВА 4. АПРОБАЦИЯ МОДЕЛЕЙ ВЕРХНЕГО СЛОЯ ОКЕАНА НА

ОСНОВЕ ДАННЫХ НАБШОДЕНИЙ.

4.1. Результаты анализа данных наблюдений.

4.2. Апробируемые модели верхнего слоя океана.

4.3. Воспроизведение моделями особенностей локальной эволюции верхнего слоя океана

4.4. Использование модели верхнего слоя океана в расчетах трехмерных полей температуры.

Введение Диссертация по географии, на тему "Формирование и эволюция вертикальной структуры верхнего слоя океана"

Работа посвящена анализу процессов эволюции термохалинной вертикальной структуры верхнего слоя океана по данным специализированных локальных наблюдений в субарктике, средних широтах, субтропиках и приэкваториальном районе; а также апробации моделей верхнего слоя. Необходимость изучения и моделирования верхнего слоя океана связана как с научными, так и с хозяйственными интересами. Вопросы изменчивости верхнего слоя тесно связаны с такими видами деятельности, как океаническое рыболовство и промысел, подводная навигация и гидроакустика. Знание элементов режима верхнего слоя требуется для количественного описания термо-гидродинамического взаимодействия океана и атмосферы, а это, в свою очередь, необходимо дня долгосрочного прогноза погоды. Поэтому вопросы исследования процессов формирования и эволюции вертикальной структуры верхнего слоя океана занимают одно из центральных мест в современной океанографии.

В последние 10-15 лет достигнут значительный прогресс в разработке методов расчета и прогноза структуры верхнего слоя океана. Однако, несмотря на актуальность проблемы, в настоящее время ощущается недостаток в анализе специальных учащенных по времени и вертикальной координате локальных наблюдений над изменчивостью структуры верхнего слоя в разных географических районах открытого океана. Недостаточно еще и число специальных проверок многочисленных моделей верхнего слоя на основе данных экспедиционных наблюдений. В начальной стадии находится и применение моделей верхнего слоя в задачах крупномасштабной циркуляции верхнего слоя океана.

Поэтому цель работы заключалась в анализе на основе многосуточных наблюдений на океанских станциях погоды и в течение эксперимента Eren закономерностей сезонной, синоптической и мезомасштабной изменчивости термохалинной и плотностной структуры деятельного слоя океана. При этом рассматривались следующие вопросы:

- анализ потоков плавучести разной природы;

- исследование условий стратификации приповерхностного слоя воды, слоя скачка и всего пикноклина;

- определение относительного вклада соленостных и термических процессов;

- исследование эволюции нижней границы однородного слоя;

- анализ изменчивости интегрального параметра автомодельности.

С другой стороны цель работы состояла в апробации основных видов моделей верхнего слоя на основе данных наблюдений в отбытом океане, включающих как ситуации прогрева, так и охлаждения верхних слоев воды.

Предпринята попытка использования интегральной модели в задаче 1фупномасштабной циркуляции океана.

Работа состоит из четщюх глав.

В первой главе дан критический обзор работ по верхнему слою, выполненных на основе данных наблюдений в океане. Анализируются и классифицируются современные модели для расчета и прогноза элементов структуры верхнего слоя океана.

Вторая глава посвящена анализу данных наблюдений в районах кораблей погоды. Рассматриваются особенности сезонного хода потоков плавучести на поверхности океана, нижней границы однородного слоя, формы пикноклина, взаимосвязь этих характеристик. В синоптических масштабах рассмотрена вертикальная структура колебаний издрологических параметров, эволюция слоя скачка плотности, зависимость скорости вовлечения от определяющих шраметров.

В третьей главе на примере приэкваториального района Атлантики изучается мезомасштабная изменчивость вертикальной структуры верхнего слоя океана. Показано, что процессы в верхнем слое существенно меняются в периоды доздей. Оценено влияние адвекции.

Четвертая глава посвящена апробации интегральных моделей, использующих гипотезы автомодвльности и вовлечения и дифференциально-параметрической модели. Проводится сравнение качества работы моделей, даны рекомендации по их использованию.

Интегральная модель применена в качестве "подсеточной" при расчетах характеристик в Атлантике по циркуляционной модели.

В заключении изложены основные результаты, полученные в работе.

В результате проведенных исследований дан анализ закономерности изменения структуры верхнего слоя океана, ее связи с атмосферными параметрами для четырех районов Атлантики в разных временных масштабах. Приводятся оценки вклада термических и со-леностных процессов, уточняется степень выполнимости физических концепций, используемых в моделях. Для трех видов моделей оценены ошибки расчетов в условиях летнего црогрева и теплопотерь осенью, определена устойчивость их параметров. Расчеты по трехмерной модели позволяют предварительно оценить относительный вклад вертикального перемешивания и адвекции в формирование структуры верхнего слоя океана.