Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Моделирование приливных движений воды и льда в Карском море

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Моделирование приливных движений воды и льда в Карском море"

Р Г 6 од

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА РОССИИ ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ И МОНИТОРИНГУ < А ЦТ '-.'¿^ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

* V I » '

АРКТИЧЕСКИЯ И АНТАРКТИЧЕСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

УДК: (551. 326.14+551. 465. 71) (268. 52)

Дмитриев Николай Евгеньевич

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИЛИВНЫХ ДВИЖЕНИЙ ВОДЫ И ЛЬДА В КАРСКОМ МОРЕ

11.00.08 - океанология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Санкт-Петербург - 1993 г.

Работа выполнена в Арктическом и антарктическом научно-исследовательском институте

Научный руководитель:

Кандидат гсогр. наук ЕЕМустафин

Официальные оппоненты:

доктор географ, наук А. П. Легеньков

доктор физ. -мат. наук А. Е Некрасов

Ведущая организация: Государственная морская академия

имени; адмирала С. 0. Макарова

Защита состоится " & " Мо^^-А- в часов ОО

мин. на заседании специализированного Совета Д. 024.04.01 в Арктическом и антарктическом научно-исследовательском институте по адресу:

199226, Санкт-Петербург, ул. Беринга, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ААНИИ.

Автореферат разослан "_" _ 19 г.

Ученый секретарь

специализированного Совета 'у^ГУ ) - В. П. Карклин

'¿^¿¡ГЛс.1

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время проблемам добычи нефти и газа на шельфе арктических морей уделяется повышенное внимание. Возросшие требования к гидрометеорологическому обеспечению подобных работ ставят перед исследователями ряд неотложных задач по изучению океанологических процессов в окраинных морях Северного Ледовитого океана (СЛО), и, в частности, приливных явлений, составляющих важный элемент гидрологического режима Одним из приоритетных является район Карского моря.

Анализ предшествующих исследований позволяет выделить основные нерешенные вопросы в проблеме изучения приливных явлений данного региона, определяющие актуальность темы диссертационной работы:

- с одной стороны, в Карском море приливы являются наиболее ярко выраженными, по сравнению с другими арктическими морями, а с другой - детальное изучение приливов современными методами исследования здесь практически не проводилось. Приливной режим некоторых районов моря, мелководных бухт и заливов известен лишь в общих чертах.

- Открытой остается проблема исследования приливного дрейфа льда в море. Приливные подвижки льдов, как показывает многолетний опыт, могут оказывать существенное, а порой и определяющее

•влияние на судоходство и эксплуатацию морских гидротехнических сооружений. Поэтому оценка возможных скоростей дрейфа льда, процессов приливных сжатий и разрежений в -ледяном покрове требуют специального рассмотрении.

- Необходимы исследования остаточных приливных течений и остаточного дрейфа льда Существование постоянных зон с положительной и отрицательной дивергенцией остаточных течений может быть одним из механизмов, поддерживающих систему арктических ледовых массивов.

- Недостаточность количества и качества натурной информации, высокая стоимость океанографических наблюдений вызывают необходимость применения методов численного моделирования. В связи с этим встает задача адаптации имеющихся моделей' к. условиям Карского моря.

Целью диссертационной работы является уточнение существующих представлений о структуре приливных течений, колебаний уровня.и

дрейфа льда в Карском море и в одном из его заливов - Байдарац-кой губе, а также выявление роли приливов в формировании особенностей гидрологического режима данного региона методами численного моделирования. _ В диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи:

- адаптированы и откалиброваны численные гидродинамические модели приливов для исследуемой акватории;

- проведен расчет основных характеристик приливных движений воды, льда и анализ механизмов формирования приливов;

- оценена роль приливов в гидрологическом режиме моря;

- уточнены характеристики приливов для Байдарацкой губы Карского моря.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- детализированы котидальные карты суточных и полусуточных приливных волн Карского моря, уточнены местоположения его основных амфидромических систем;

. - получены карты максимальных приливных уровней, течений и дрейфа льда. Выделены зоны экстремальных приливных сжатий и разрежений ледяного покрова;

- получены оценки влияния дрейфующего льда на распрортране-ние приливных волн; показано, что ослабление приливных движений в зимний период вызывается, в основном, наличием неподвижного ледяного покрова;

- отмечено незначительное влияние стратификации на приливы Карского моря;

- выявлено, что приливные движения являются одним из факторов, поддерживающих сложившуюся структуру термохалинных полей Карского моря;

- получены расчетные данные о вертикальной структуре приливного потока в мелководном заливе Карского моря - Байдарацкой губе;

- построены схемы остаточной приливной циркуляции (ОЩ) моря и Байдарацкой губы;

- получены уточненные характеристики бюджета приливной энергии Карского моря; показано, что основная часть энергии приливов расходуется на диссипацию, а около 20 процентов уходит через пролив Карские ворота в Баренцево море.

Практическое и научное значение работы. Работа выполнялась в рамках следующих научно-исследовательских тем:

- "Изучить приливные явления Северного Ледовитого океана (СЛО) и их взаимодействие с ледяным покроеом на основе анализа натурных данных и моделирования" (1991, тема IX. 2а. 10);

- "Изучить приливные явления в Карском море на основе натурных данных и моделирования" (1991, х/д 22/316);

- "Разработка основ моделирования ледово-гидрологических процессов в Байдарацкой губе" (1990, х/д 21/90);

- "Разработка научной концепции комплексных научно-исследовательских работ и основ моделирования ледово-гидрологических процессов в Байдарацкой губе" (1990, х/д 22/333);

- "Комплексная ледовая, гидрометеорологическая и экологическая характеристика Байдарацкой губы" (1992, х/д 10/293 меаду институтом "Гипрспецгаз" и ААНШ ).

Практическая значимость работы состоит в возможности использования полученных результатов для:

- расчета приливных движений воды и льда, выделении зон приливных сжатий и разрежений ледяного покрова при проектировании и эксплуатации гидротехнических сооружений, гидрометеорологическом обеспечении судоходства в Карском море;

- дальнейшего уточнения картины приливных движений воды и льда, в том числе трехмерной структуры прилива, в Карском море;

- повышения эффективности экспедиционных исследований.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и

обсуждались на конференции молодых специалистов ААНШ (1983), семинарах отдела океанологии ДАНИИ (1983-1993) и лаборатории "Арктйк-шельф" (1991-1993), секции ученого совета ААНШ (1993), втором и третьем съездах советских океанологов (Ялта, 1982; Ленинград. 1987); представлены на четвертую международную конференцию по южной атмосферной метеорологии и океанографии (Хобард, Австралия, 1393).

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 5 статьях, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы. Общий объем работы составляет 163 страницы, включая 74 рисунка и 3 таблицы. Список литературы насчитывает 119 наименований.

- 6 -СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, сформулированы цели работы, приведено краткое содержание разделов диссертации, дана характеристика полученных результатов, приводятся основные положения, выносимые на защиту.

Первый раздел диссертации посвящен описанию изученности пршшвных явлений Карского моря.

В первом параграфе дается характеристика физико-географических условий региона. Карское море, отличающееся сложной береговой чертой, неравномерностью глубин, мощным пресноводным стоком, является водоемом со сложившимся гидрологическим режимом, значительно отличающимся от остальных окраинных морей СЛО. Важную роль б его формировании играют ледяной покров, сохраняющийся в море большую часть года, и сгонно-нагонные и приливные колебания уровня, величины которых в некоторых районах моря соизмери-' мы. В ДАНИИ выполнено значительное количество работ, посвященных вопросам исследования режима колебаний уровня региона. Проведенное рядом авторов районирование Карского моря по типам колебаний уровня на основе анализа натурных данных (Е. Дворкин и др., 1985) и моделирования (А. Прошутинский, 1980; Л Поляков и А. Прошу-тинский, 1988) показало, что преобладающую роль в формировании его локальных особенностей играет рельеф дна и конфигурация береговой черты. . ■

Второй параграф содержит обзор результатов исследования приливных явлений данного региона. Первые котидальные карты Карского моря, полученные в 20-30 годах были далеки от совершенства и существенно отличались от современных (А. Белобров, 1925; Вс.Березкин, 1932), что объяснялось отсутствием данных наблюдений за приливами и упрощенными методами их расчета. В дальнейшем, по мере накопления натурного материала, уточнялась и детализировалась картина приливных движений в окраинных морях СЛО, включая и Карское (И. Максимов, 1936; А. Коптева, 1945; Д. Бе-ренбейм, 1953; Р. Дкеслерова, 1954; К. Тирон, 1966; Г. Войнов,1983). В последнее время одним из основных методов исследования приливных явлений арктических морей стало математическое моделирование, позволившее существенно расширить наии представления о структуре приливных движений в Карском море в летний период (Z. Kovalik, 1981; В. Gjevik and Т. Straume ,1989; Н. Дмитриев и А. Прошу-

тинский,1989,1991). Оценка роли ледяного покроЕа в формировании приливных явлений не всегда однозначна Наиболее распространенным является мнение о том, что лед приводит к ослаблению прилива и запаздыванию фаз колебаний, но в ряде случаев за счет изменения резонансных свойств бассейна ледяным покровом отмечался обратный эффект (G. Godin, F. Barber, 1980). Обобщающей в данном направлении явилась работа А. Прошутинского (1991) по моделированию приливных и сгонно-нагонных явлений в СЛО.

Второй раздел работы посвящен вопросам численного моделирования приливов в Карском море. Обзор численных моделей приливов, приведенный в первом параграфе раздела, показывает, что наиболее применимым для данного района, слабо освещенного данными наблюдений, является NH-метод Ханзена, основанный на решении уравнений мелкой воды. Наличие ледяного покрова на акватории моря вызывает необходимость применения совместной модели приливов и движений льда.

Модель, описание которой приведено во втором параграфе раздела, успешно использовалась для исследования приливов и сгонно- нагонных явлений в СЛО (Z. Kovalik, 1981; А. Прошутинский, 1991). В качестве условий на жидких границах расчетной области задаются полученные из данных наблюдений колебания уровня в виде гармонического закона или суммы гармоник нескольких волн прилива, Для разностной аппроксимации задачи использовалась "шах-•матная сетка" (С-сетка по предложенной А. Аракавой, 1979, классификации). Чтобы избежать накопления энергии в системе при вычислении ускорений Кориолиса в уравнениях движения, вследствии применения разнесенных пс пространству точек для составляющих полных потоков U и V, использовалось весовое сглаживание (G. Platzman, 1972). В этом случае общее количество приливных цшшэв, необходимых для дистижения стационарного режима колебаний сокращается и составляет около-20 приливных периодов. Необходимость учета адвективных ускорений в уравнениях движения при расчете приливов в областях с резкими перепадами глубин и на мелклводье вызывает потребность в выборе экономичной и устойчивой численной схемы. Нами была выбрана оптимальная в этом смысле схема с направленными разностями. Численное интегрирование системы уравнений при решении задачи о распространении одной приливной волны продолжалось, до выхода решения на режим периодических колебаний. Проверка данного условия проводилась по интег-

ралу полной прилизной энергии за приливной период. Расчеты велись на сеточных областях с датами по пространству 16.7 и 33. 3 км.

Результаты численных экспериментов по расчету полусуточных (M2.S2.K2, N2) и суточных (К1 и 01) волн прилива Карского моря рассматриваются в третьем параграфе раздела. Эксперименты показали, что при задании корректных условий на жидких границах области модель с пространственны?,? шагом 33.3 км Еполне удовлетворительно отражает картину распространения основных волн прилива Полученные схемы котидальных линий и изоамплитуд полусуточных волн сохраняют известные ранее особенности, но в некоторых районах моря отмечаются существенные различия. Для всех полусуточных волн характерны амфидромические системы в юго-западной части моря и в районе островов Известий ЦИК. В Байдарацкой губе отмечается наличие вырожденной амфидромии. На наших картах отсутствует аыфицромическая система в районе.Енисейского залива, ее наличие не подтверждается также и данными наблюдений (Г. Н.Войнов, 1983). Максимальные значения амплитуд волн М2 и 52 в Байдарацкой губе 39 см и 19 см, а в районе о. Белый - 45 см и 23 см, соответственно. В остальных районах моря значения амплитуд не превышают 20 см для волны М2 и 8 см для 32. Для волн К2 и N2 максимальные амплитуды отмечаются в Байдарацкой губе и у о. Белый - 14 и 8 см, соответственно. Максимальные скорости приливных течений отмечаются в районе о. Белый. Обской губе и в районе амфидромической системы на северной жидкой границе области (для М2 - до 20 см/с, Б2 - 10 см/с). В мелководных заливах течения имеют, в основном, реверсивный характер (Байдарацкая губа, Обская губа, Гыданский и Енисейский заливы), в глубоководной юго-западной части моря течения незначительны и не превышают 2-3 см. Расчет суточных составляющих прилива проводился с учетом собственных приливов бассейна. Максимальные значения амплитуд волны К1 достигают значений более' 10 см (в Байдарацкой и Обской губах), а для волны 01 находятся в пределах 5-7 см. Однородное распределение амплитуд и близкие к параллельным равноотстоящие котидали для волны К1 предполагают преобладание прогрессивной волны. Котидальная карта волны 01, наоборот, указывает на наличие близкой к стоячей смешанной волны. Несомненна близость, наших котидальных карт суточных волн К1 (период 23.93 часа) и .01 ( 25.82 часа) и соответствующих схем близких по частотам свободных, колебаний ( перио-

ды 23.70 и 26. 82 часа) (А. Пропутинский, И.Поляков; 1988). Этот факт находит объяснение в резонансной гипотезе формирования приливов. Среднеквадратические погремности амплитуд основных волн прилива составляют 1.96 см и 1.08 см , фаз - 0.50 и 0.72 часа для волн М2 и 32, соответственно. Для суточных волн ошибки лежат в пределах 0. 8 - 1.0 см и 1.07 - 1.46 часа. Максимальные величины приливных течений волны К1 составляют 6-7 см/с для районов мелководья севернее о. Белый; для волны 01 - 4-5 см/с. Относительно высокие скорости течений (4-5 см/с) для волны К1 отмечаются также в районе северной жидкой границы.

Для получения характеристик суммарного прилива, который можно интерпретировать как средний сизигийный прилив, проводился ряд расчетов с учетом основных значащих волн - Ы2,32,К2, N2,1(1 и 01. Расчеты проводились по полной нелинейной модели с шагом 16.7 км. Первые 10 суток моделирования служили для исключения влияния нулевых начальных условий, затем в течение 30 суток осуществлялся отбор максимальных приливных уровней и скоростей течений. В 60 точках побережья и центральных районов моря (включая точки с данными наблюдений) проводилось накопление ежечасных значений уровня для последующего гармонического анализа. Гармонический анализ рядов уровня, полученных при моделировании, дает основания утверждать, что задание граничных условий в виде суммарной приливной волны повышаем точность расчета отдельных волн прили-'ва Так, для волны М2 среднеквадратическая погрешность расчета уровня в пунктах наблюдений составила 1.7 см, фазы - 0.4 часа, а для волны К1 - 1.0 см и 1.4 часа. К сожалению, накопление рядов уровня во всех точках расчетной области с последующим построением котидальных карт не представлялось возможным из-за ограниченной памяти компьютера Максимальные скорости приливных течений в некоторых районах моря имеют значительные величины. Высокие скорости отмечаются в районе о. Белый '- 90 см/с, Байдарацкой губе -более 60 см/с, проливе Карские ворота - более 50 см/с. Сравнение местоположения зон максимальных течений, полученных из данных наблюдений ( Г. Войнов, 1983), с расчетными показывает довольно хорошее их соответствие. Абсолютные величины скоростей отличаются незначительно.

Результаты расчетов энергетических характеристик отдельных волн прилива приведены в четвертом параграфе раздела. Основным источником энергии полусуточных приливов Карского моря является

ее поступление из СЛО через пролив между м. Желания и Северной Землей и пролив Вилькицкого. Поступление энергии за счет астрономических факторов для полусуточных волк Ш и 52 почти в 20 раз меньше. Значительная часть энергии (до 23 X для волны М2, 21 % суммарной энергии) теряется, уходя через пролив Карские ворота в Баренцево море. Основные потери приливной энергии в Карском море происходят за счет трения о дно. Трение о лед составляет менее б %, а горизонтальное турбулентное трение - 3 X от потерь энергии в море. Распределение бюджета приливной энергии для суточных волн несколько иное. Астрономические факторы играют здесь важнейшую роль и превышают поступление энергии из СЛО для волны К1 в 1.3, а для волны 01 - в 2.6 раза. Диссипация энергии происходит в основном за счет трения о дно, потери за счет горизонтального турбулентного трения и трения о лед незначительны. Отмечена пространственная неоднородность интенсивности потока приливной энергии, особенно для волн полусуточного периода. Основная его часть (до 72 %), поступающая в акваторию с. севера между о. НоЕая Земля и о. Северная Земля, сосредоточена в узкой области у оконечности Новой Земли. Усиление интенсивности потока приливной энергии полусуточных волн можно объяснить "топографическим захватом" волн (А. Некрасов, 1978) на склоне Новоземельской впадины, выступающим в роли волновода , "перекачивающего" без особых потерь энергию прилива в юго-западную часть моря.

Роли ледяного покрова в формировании особенностей приливньга движений в море посвящен пятый параграф раздела. В работе использовалась модель дрейфа льда, применявшаяся в предыдушю работах для расчета приливов в СЛО {1. КоуаНк, 1981; А. Пропутинский, 1991). На твердых границах области для льда принимаете! условие прилипания. На жидких границах вектор скорости дрейф; льда определен как функция времени, начальным условием для скоростей дрейфа льда выступает состояние покоя, функция сплочен ности льда и его толщина по всей области заданы. Учет ледяног покрова при.моделировании полусуточной волны М2 несколько изме нил картину распределения котидальных линий и изоамплитуд. 3 счет дополнительного трения воды о лед произошло смещение амфад ромических систем в сторону берега, практически повсеместно (а исключением побережья Новой Земли) амплитуда прилива уменьшилас в среднем на 1.2 см, что составляет около 9 % от амплитуд прил> :ва без льда. Произошло замедление движения волны, что выразилос

в запаздывании фаз колебаний уровня в среднем по морю на 4 градуса. (0.14 часа). Исключение составляют островные пункты в мелководной части моря (о.Уединения, о. Известий ЦИК, о.Исаченко), где произошло некоторое увеличение фаз - в среднем на 6.О град. (0.21 часа). При моделировании приливной суточной волны К1 с учетом льда амфидромическая система в районе Пясинского залива сместилась в сторону берега и трансформировалась в вырожденную; произошло уменьшение амплитуд колебаний в среднем на О. 6 см, запаздывание фаз колебаний составило 4.1 град. (0.28 часа). Изменения максимальных амплитуд суммарной приливной волны, вызванное наличием дрейфующего льда, составило 4-6 см. Наиболее существенное ослабление приливная Еолна испытывает в прибрежной зоне. При задании на акватории моря не только дрейфующего, но и припайного льда наблюдается значительное ослабление амплитуд приливной волны - до 8-10 см. В Байдарацкой губе отмечено увеличение амплитуд в прикромочной зоне припая. Сильная диссипация прилиЕа под неподвижным льдом приводит к ослаблению встречной волны и характер приливных движений здесь становится ближе к прогрессивной волне типа Кельвина Вырожденная' амфидромия, наблюдающаяся здесь на чистой воде, смещается далее на сушу, что и приводит к некоторому увеличению амплитуд прилива. Подобный эффект незначительного увеличения амплитуд за счет смещения амфидромий отмечается в центре юго-западной части акватории и между о. Арктического института и берегом. Скорости течения подо льдом по всей акватории (за исключением небольшого района севернее о-ов Арктического института) меньше, т.е. лед оказывает тормозящее действие на движение воды. Особенно ярко это выражено в районах Байдарацкой губы, о. Белый и между островами Новая Земля и Северная Земля, т.е. в районах со значительными скоростями движения воды и льда Таким образом, наши расчеты показывают, что влияние дрейфующего льда на распространение приливных волн в Карском море незначительно. Основным фактором, изменяющим картину приливных движений, является неподвижный припайный лед. Представленные результаты соответствуют выводам более ранних работ о влиянии ледяного покрова на приливную волну, но в отличие от них нами получены пространственные характеристики изменения констант прилива по акватории моря.

Оценке роли приливов в формировании особенностей гидрологического режима Карского моря посвящен третий раздел диссертаци-

онной работы.

В первом параграфе приведены результаты модельных экспериментов по исследованию влияния приливов на динамику ледяного покрова Влияние отдельных волн прилива на изменение сплоченности ледяного покрова, согласно результатам наших расчетов, мало и не превышает десять« долей балла. Расчеты изменения сплоченности льдов под воздействием суммарной приливной волны (М2+52+Ы2+К2+К1+01) показали, что в мелководных районах с высокими скоростями приливных течений воды и льда максимальные изменения сплоченности за счет приливов могут достигать 0.6-0. 8 балла Наименее подвижный лед, согласно расчетам, расположен в глубоководной части бассейна, где изменения сплоченности не превысили 0. 2-0. 3 балла При учете припайного льда зоны максимального изменения сплоченности переместились к кроите припая, стали более локализоваными и географически привязанными к местоположению заприпайных полыней.

Во втором параграфе проведена оценка остаточной приливной циркуляции (ОПЦ) воды и льда как отдельных приливных волн, так и суммарной волны. Наиболее интенсивные остаточные течения отмечаются в районе Байдарацкой губы - 3-4 см/с, о. Белый - 5-7 см/с, устья Енисея - 2-3 см/с. Сделан вывод о том, что несмотря на незначительность скоростей остаточных приливных течений, учитывая однонаправленность их воздействия, ОПЦ, видимо, является одним из факторов,участвующих в формировании поля масс и влияющих на гидрологический режим всего моря в целом. Изменение сплоченности ледяного покрова в условиях постоянного воздействия приливов проведена по оценке дивергенции остаточного приливного дрейфа льда На акватории моря, наряду с многочисленными локальными областями, существуют две значительных боны с отрицательной дивергенцией, - в районе Новоземельской впадины и между островами Новая Земля и Северная Земля. Наиболее крупные зоны приливных сжатий, обусловленных ОПЦ, в общих чертах совпадают с положением двух основных ледовых массивов Карского моря - Новоземельским и Североземельским. Приливы, не являющиеся определяющим фактором е формировании гидрологического режима, несомненно играют определенную роль в долгопериодной динамике ледяного покрова и в данном случае их воздействие оказывается однонаправленным с ат-мосферньам процессами.

В последнем параграфе раздела приводится описание трехмер-

ной бароклинной модели со свободной поверхностью и результаты расчетов по ней приливной волны КЕ в стратифицированном СЛО для района Карского моря. Расчеты проводились для акватории Северного Ледовитого океана на сеточной области с шагом 55.5 км. Модель включала в себя 19 уровней по вертикали. Начальным условием для уровня и скоростей течений принималось состояние покоя. Температура задавалась постоянной и была равна 4 градусам, начальное распределение солености - горизонтально-однородное и устойчивое по-вертикали. Таким образом, вертикальное распределение плотности соответствовало устойчиво-стратифицированной водной массе. В течениии эксперимента бассейн считался замкнутым для обмена теплом и солью. На жидких границах области задавался уровень в виде гармонического колебания с частотой волны М2, иные внешние силы отсутствовали. Продолжительность расчета составила 250 приливных периодов. Приливные течения вызвали существенную перестройку первоначально горизонтально однородных полей солености. Максимум солености приходится на глубокую часть моря. Отметим, что наиболее существенные изменения в вертикальном профиле данной характеристики произошли в районе склона Новоземельской впадины, где вертикальные скорости приливного течения максимальны.

Одним из наиболее интересных результатов эксперимента является то, что полученное распределение солености на поверхности имеет близкое сходство с среднемноголетним полем данной характеристики по однонаправленности горизонтальных градиентов. Прослеживается минимум солености в прибрежной зоне Обь-Енисейского района и северо-восточной части моря, максимум в глубокой части у ;!овой Земли. Подобное соответствие характерно и для всех осталь-*ых частей СЛО. Эксперимент с отсутствием вертикальной адвекции юли показал, что в этом случае исходное горизонтально-однород-юе поле солености претерпевает очень незначительные изменения. Следовательно, учитывая постановку задачи, основные черты полу-кнного в эксперименте распределения солености определяет верти-сальная адвекция соли приливными течениями. Этот механизм )бусловил олус::ание менее соленых поверхностных вод в нижележащие слои, наиболее интенсивное вдоль материковых склонов.

В экперименте единственной.вынуждающей силой для перерасп-«деления солености служили приливные движения, структура кото->ых формируется в основном собственными характеристиками бассей-[а. Таким образом, хорошее качественное соответствие полученного

нами распределения солености и среднеклиматического указывает на несомненную зависимость последнего от морфометрических особенностей бассейна. Опираясь на данный эксперимент появляется возможность объяснить с единых позиций результаты ряда предыдущих исследований по моделированию циркуляции СЛО и его окраинных морей, когда под действием различных вынуждающих сил - атмосферного воздействия для холодного периода года и плотности морской воды весной, получались близкие схемы течений и рельефа свободной поверхности (А. Прошутинский, 1991). Сделано предположение о том, <£го одним из наиболее существенных факторов, приводящих к формированию крупномасштабных особенностей полей течений и солености СЛО и его окраинных морей является морфометрия.

Четвертый раздел диссертации содержит результаты моделирования приливов в юго-западной части Карского моря, включающей мелководную Байдарацкую губу. Принцип вложения моделей позволил получить детальную картину приливных движений воды и льда в данном районе для четырех основных волн прилива - M2.S2.K1,01 и суммарной волны. Уточнена структура ОПЦ Байдарацкой губы. Трехмерная модель без учета бароклинности позволила выявить некоторые особенности вертикального строения приливного потока в ее мелководной части. Выявлено, что в районах, где приливные течения близки к реверсивным при. незначительной величине поперечной составляющей течения, вне зависимости от условий статификации и глубины происходит смена знака вращения эллипсов приливного течения.

В заключении сформулированы основные выводы диссертационной работы и дана краткая характеристика полученных результатов.

• ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Методами численного гидродинамического моделирования исследован ряд закономерностей приливных колебаний Карского моря. Уточнено положение амфидромических систем для отдельных волн прилива Впервые получены котиданьные карты полусуточных волн N2-и К2. Результаты расчетов приливного уровня и течений можно использовать как основу для их предвычисления в районах не освещенных данными наблюдений. Получены карты максимальных приливных уровней, течений и дрейфа льда Выделены зоны экстремальных приливных сжатий и разрежений ледяного покрова

2. Расчеты составляющих баланса приливной энергии показыва-

от, что основная часть энергии прилива теряется на диссипацию в мелководных районах моря, а ее значительная часть (более 207.) излучается в Баренцево море через пролив Карские ворота. Высокая концентрация приливной энергии в юго-западной части моря обеспечивается ее "перекачкой" по склону Новоземельской впадины, выступающему в роли своеобразного волновода

3. Неоднородности в полях скоростей приливных течений в некоторых районах моря (у о. Белый, северной оконечности Новой Земли, о. Исаченко) дают основание говорить о наличии здесь зон локального резонанса и "топографическом" захвате приливной энергии суточных и полусуточных волн.

4. Остаточная приливная циркуляция (ОЩ) является одним из механизмов, участвующих в поддержании устойчивых ледовых массивов в Карском море. В Байдарацкой губе ОЩ способствует существованию циклонической циркуляции воды и льдов.

5. Модельные расчеты подтверждают мнение о слабом влиянии дрейфующего льда на приливные явления всего моря в целом. Но в некоторых районах усиление диссипации приливных волн подо льдом вызывает изменение резонансных свойств, что способствует усилению приливных колебаний. Введение в модель неподвижного льда привело к локализации зон максимальных сжатий и разрежений дрейфующего ледяного покрова, географически привязанных к местоположению эаприпайных полыней.

6. Расчеты по трехмерной нестационарной модели с учетом плотностной стратификации показали незначительное влияние барок-линности на приливные движения воды. Вместе с тем, приливы являются одним из постоянно действующих механизмов, формирующих устойчивую структуру поля солености Карского моря.

7. Вертикальное строение приливного потока волны М2 в Байдарацкой губе показывает, что в'районах, где приливные течения близки к реверсивным, за счет изменения баланса сил Кориолиса и горизонтального градиента давления происходит смена знака вращения эллипсов приливного течения. Ранее данный эффект в мелководных районах объяснялся особенностями вертикальной стратификации.

б.. Расчеты по двумерной и трехмерной моделям подтверждают тредположение о том, что морфометрия бассейна является одним из [акторов, участвующих в формировании не только динамики вод барского моря, но и его гидрологического режима.

- 16 -

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Дмитриев Н. Е., Прошутинский А. Ю. Об исследовании колебаний уровня Карского моря // Труды Аркт. и антаркт. ин-та -1989. -414. -С. 53-62.

2. Дмитриев Н. Е., Прошутинский А. Е К расчету приливных движений воды в Карском море // Труды Аркт. и антаркт. ин-та. -1991.-424. -С. 14-21.

3. Прошутинский А. Ю. , Дмитриев Н. Е. , Мандель С. 3. Моделирование приливных движений в Карском море// Труды Аркт. и антаркт. ин-та. -1985. -399. -С.100-107.

3. Прошутинский А. Ю. , Дмитриев Н. Е. , Мандель С. 3. Моделирование приливных движений воды в арктических морях // Тезиса докладов на втором съезде советских океанологов. Севостополь, 1982, с. 77-78.

4. Dmitriev N. Е. Investigation of the tidal sea and ice dynamics in the Kara Sea // Annales Geophysicae, 1993, Vol.11, Part II, p. 159.

5. Dmitriev N. E., Polyakov I. V., Proshutinsky A. Yu. Tree-dimensional non-stationary ocean model: it's peculiarites and possibilities // Preprint volume: fourth international conference on southern hemisphere meteorology and oceanography// Hobard, Tasmania .Australia - In printing.

Ротп. ААНИИ.Зли.<3-SOO 24.06.93 Уч.еэдаО.7