Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Нелинейная реакция баротропного океана на воздействие переменного во времени и пространстве ветра

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Нелинейная реакция баротропного океана на воздействие переменного во времени и пространстве ветра"

российская академия наук

о д институт океанологии им. П. П. ширшова

На правах рукописи

субботина марина михайловна.

УДК 551. 465

нелинейная реакция. баротропного океана на воздействие переменного во времени и пространстве ветра

Специальность 11.00.08 - океанология

автореферат диссертации на соискание учено» степени кандидата физико-математических наук

Москва - 1995

Работа выполнена в Институте океанологии им. fi. П. бирсом РАН

Научные руководители:

доктор фиэ. -мат. наук, профессор

кандидат физ.-мат. наук

J0. Л. Иванов Л. Г. НоБИЦКИП

Официальные оппоненты: доктор физ. -мат. наук кандидат физ, - мат, чау к

Д. Л. Берестов М. Д. Соколовский

Ведущая организация - Государственны!! океанографинес-ьиН

институт

Защита состоится ^-L^L-jxJ^— НЗрЗ г.

в _ часов на заседании Специализированного совета

К.002. 86.02 по присуждении ученой степени кандидата наук в Институте океанологии им. П. П. Шкриона ГА!! (117Н18, Москва, ул. Красикова, 23)

С диссертацией можно ознакомиться ь библиотеке Института океанологии им. И. П. Ширшова РАН

11

Автореферат разослан "

Ученый секретарь Специализированного совета

кандидат географических наук . j t С. Г. Панфилова

:> /Г / / ;

, / t

общая характеристика работы

Актуальность исследования

В результате большого ряда экспериментов в океане (советский эксперимент Полигон-70 (1970г.). международные . эксперименты ПОЛИМОДЕ (1978 , 1979гг. ), советский эксперимент МЕГАПОЛИГОН (1987г.), было .показано, что характерной особенностью динамики океана является постоянное наличие в нем энергонесущих вихрей синоптического масштаба. В связи с этим в последнее время особый интерес представляют процессы генерации синоптических возмущений и обмена энергии между вихрями и средним течением.

До сих пор основное внимание в модельных исследованиях уделялось такому механизму образования вихрей как гидродинамическая- неустойчивость крупномасштабной циркуляции. Б этих работах исследовались крупномасштабная циркуляция и вихревая динамика, формирующиеся под действием стационарных граничных условий. Было показано, что генерация синоптических . вихрей в океане связана с баротропной и бароклинной неустойчивостью циркуляции океана (Holland, Lin 1975; Semtner, Mimz, 1977; Robinson et all, 1979; Holland, 1978; Сеидов 1980). В данной работе будет рассмотрен другой механизм генерации вихревых возмущений - этот механизм связан, с нестационарным воздействием атмосферы.

В некоторых работах (Katz et all, 1986; Garzoli, 1987) на

основе анализа данных измерений было показано, что

обнаруживается высокая корреляция между колебаниями расходов

течений и параметрами. атмосферного воздействия: напряжением

ветра ■ и градиэнтами атмосферного давления. Кроме того

полуэмпирические расчеты it данные инструментальных измерений в

океане показывают, что , расходы крупномасштабных течений'

существенно изменяются во времени ' (Стоммел, 1963;

Павлова,1984). В спектрах скорости ветра, атмосферного

давления и градиентов атмосферного давления обнаруживаются

7 S

большие значения энергии на периодах 1.2 К) - 10 Гц (Иванов, Бывев,. • 1969), которые соответствуют масштабам баротрошшх и. бароклшшых синоптическгч возмущен.:iî в океане.

В данной работе будет изучаться в рамках баротропной вихреразрешающей модели реакция океана на нестационарное воздействие атмосферы.

Цель и основные задачи исследования. Целью данной диссертационной работы является исследование реакции баротропного океана на нестационарное воздействие ветра.

Исходя из этого были поставлены следующие конкретные задачи:

1. Построение баротропной вихрераэрешающей . модели замкнутого океана на р-плоскости: а) со стационарной компонентой ветра, формирующей одну антициклональную ячейку циркуляции в квадратной области и б) со стационарной компоненто.й ветра, формирующей два крупномасштабных круговорота: антициклональный на юге и цнклонаяьний '- на севере в прямоугольной области.

2. Исследование зависимости вихреобразования от формы воздействующего ветра.

3. Изучение зависимости образования и эволюции вихрей от параметров модели: числа Россби К и параметра диссипации с.

4. Исследование зависимости образования и эволюции вихрей от периода нестационарного ветра.

Научная новизна исследования.

1. На основе проьздения серий численных экспериментов для различных значений параметров. задачи и формы ветрового, воздействия получены следующие новые результаты. ■Показано, что в определенном диапазоне параметров модели с и К в квадратной и прямоугольной области при нестационарном воздействии ветра во всех экспериментах на струе восточнонаправленного течения образуются меандры, из которых отделягтся вихри типа рингов. Вихри перемещаются на запад и либо вливаются в западное течение, либо захватываются в области рециркуляции.

2. В экспериментах с одноячейковой циркуляцией фронтальные вихри типа циклопических .рингов образуются в области рециркуляции восточнонаправленного северного погрантечения.

3. В экспериментах с двухячейковой циркуляцией,' циклоническим круговоротом на севере и антициклоническим круговоротом на юге, фронтальные вихри типа рингов образуются в области восточнонаправленаого струйного течения в центре

области: • к ' северу от струи течения образуются антициклонические вихри, к югу от течения - циклонические.

4. Образование вихрей во L~ex экспериментах происходит только в определенном диапазоне параметров модели с и R И в определенном диапазоне периодов нестационарной составляющей ветра. Нелинейное взаимодействие вихрей со средним течением приводит,к изменению их скорости и размеров.

5. Сделан вывод, что наблюдаемая изменчивость средних течений в диап.азоне синоптических масштабов связана с баротропной реакцией океана на воздействие атмосферы.

Практическая ценность. Полученные результаты могут быть использованы в теоретических исследованиях при моделировании циркуляции океана, при планировании экспериментальных исследований в океане, а также могут помочь в интерпретации натурных наблюдений.

,Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на семинарах Отдела курпномасштпбного взаимодействия океана и атмосферы. на I Всесоюзной школе-семинаре "Актуальные проблемы океанологии" (1987 г.), на IV Всесоюзной научно-технической конференции "Вклад молодых ученых и специалистов в решение современных проблем океанологии и гидробиологии" (1989 г. ), на заседании рабочей группы ЮНЕСКО по изменчивости климата Атлантического океана (13-17 июля. 1992 г. ). ' .

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы. Работа содержит 75 страниц машинописного текста, 42 рисунка, 6 таблиц. Список литературы в..лючает 80 наименований.

' СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, выбранной для зашиты диссертации, изложено краткое содержание работы по главам.

Первая глава является обзорной, в ней дае "ся описание и характеристика работ по результатам, полученным в некоторых

вихреразрешающих моделях.

В первом параграфе проводится анализ моделей, связанных С изучением гидродинамической устойчивости течений открытого океана.

Во втором параграфе приводятся результаты расчетов по

вихреразрешующим баротропным моделям Брайана (Bryan, 1963),

Верониса (Veronis, 1966), Маршалла (Marshall, 1984),

Каменковича и др. (1985), Бенинга (Boning, 1986). В моделях

рассматривалось воздействие на океан стационарного ветра при

разных модельных параметрах . В работе Каменковича в районе

западного пограничного течения было резко увеличено разрешение

при условиях прилипания на границе и вблизи западной границы

были получены возмущения синоптического масштаба, которые

перемещались на север и сливались со стационарным

антициклоном. В работах Иванова, и Новицкого (3474, 1975)

аналитически изучалась •. реакция океана на нестационарное

воздействие ветра. Авторы показали, что максимальная энергия

■ передается первым модам волн Россби при ,временном масштабе •

7

атмосферных возмущений порядка 10 с.

В третьем параграфе рассматриваются бароклинные бихреразрэшающие модели. Во всех моделях .условия на поверхности океана были также стационарными. Принцип решения состоял в решении задачи на установление, в результате чего в моделях достигался статистически стационарный- режим, который выражался в том; что'в процессе формирования циркуляции океана наступает стадия, когда • струйные течения становятся гидродинамически неустойчивыми. В этом 'случае в струйных .течениях происходит сток энергии путем образования вихрей. Рассматриваются такие бароклинные модели, как модель Холланда, Лина (Holland, Lin, 1975), Холланда (Holland, 1978), Хайдфогеля (Haidfogel, 1979). : Мак Уильямса <Мс Williams, 1981), Семтнера и Минца (Senuner, Mintz, 1977). Робинсона и др. (Robinson et al.. . 1979). Сеидова (1980. 1982), во всех этих моделях синоптические вихри образовывались в результате баротропно-бароклинной неустойчивости.

Во второй главе дается, постановка задачи и приводится метод решения Численной модели.

В первом параграфе описываются уравнения движения, которые лежат в основе модели. Они представ'ляют из себя полные

уравнения динамики бэротрогшого океана на /з - плоскости.

Эти уравнении после преобразований и введения безразмерных переменных:

1 VV

.V = Lx', у - /.У' , I ---t', ф = —— ф '

ta. а и 0

где L - горизонтальный масштаб океана, II - глубина океана, IV - амплитуда ветра, сводятся к уравнению вихря и уравнению Пуассона:

ас, рф

- -г R J(i¡i,0 +--= - eí; + roí х -

п t ах z

<" ш д ф

Параметрами модели являются безразмерные величины II и с: число Россби R отражает вклад нелинейных процессов и коэффициент диссипации с - вклад диссипативных процессов:

Н' К

R

p2L3H t"<

К - коэфициэнт придонного трения.

Граничные условия задачи - условия свободного скольжения: ф = 0 при х - 0, ¡г. у = 0, тт (для квадратной области) и Ф = 0 при v.= 0, п, у = 0," 2п (для прямоугольной области). Начальные условия:

Ф = 0 при t=0

Напряжение ветра представляет собой сумму двух компонент -

стационарной и нестационарной:

Во втором параграфе приводятся численные методы решения

уравнений модели на равномерной сетке. Производные в

уравнениях аппроксимировались центральными разностями.

Пространственный шаг интегрирования бил взят равным 2F км,

временной шаг вые,ран равным 24 часам. Уравнения переписываются

в конечно-разностном виде с аппроксимацией нелинейного члена в

уравнении вихря в виде якобиана Аракавы (Arakawa,l%6). В

уравнении Пуассона функция тока гшедставляется в виде ф. . ,\'-2 nk(j-l) ' '-J

- Y А-.ш:----------. и коэфицнэнты Л;находятся методом

к=1 ■ Л'-/

прогонки hl< тртхточсчной схемы (Яненко, 1960.1Р69: Роуч, 1930). Для ьачдого А уравнение вихря решает-я итерационным методом.

Таким образом определяется поле функции тока на каждом шаге.

. В третье» главе приводятся результаты ' численных экспериментов. Обосновывается выбор формы ветра.

В первом параграфе в п. 1.1 - ,рассматрирается линейная баротропная модель для океана 1000км. х 1000 км, для сравнения с хорошо известными моделями Стоммела' (Stommel, 1948), Свердрупа (Sverdrup, 1947), Верониса (Veronis,1966), когда действующий ветер .является стационарным rot, г = - sin у' . В бассейне также как у выше упомянутых авторов образуется крупномасштабная антициклоническая циркуляция с

интенсификацией' у западного берега.

В п. 1.2 рассматривается воздействие на океан чисто

2ч

нестационарного ветра rot г = - sin у sin - t с периодом

г 7'.

Т = 44 сут.

Наблюдается образование череды меридионально ориентированных циклонических и антициклонических возмущений, .перемещающихся на запад со средней скростью примерно «12 см/с.

В п. 1.3 тангенциальное напряжение ветра представляется в виде суммы двух компонент - стационарной и нестационарной:

/

rot х = - sin у • (I + —sin ut ), T - 44 сут. г 2

Антициклоническая циркуляция с интенсификацией у западной границы пульсирует. Ядро антициклонической циркуляции расщепляется на два и восточное ядро перемещается на запад со средней скоростью близкой по значению скорости первой моды волн Россби »36 см/с. Два ядра сливаются в одно ядро, а затем это ядро опять расщепляется на два. Этот эксперимент представляет собой как бы наложение предыдущих двух экспериментов 1.1 и 1.2.

Во втором параграфе рассматривается нелинейная баротропная . модель океана, который представляет собой квадратную область 1000км хЮОО км со стационарным напряжением ветра:

s

rot т. - -sin у

Проведена серия экспериментов, в ■ которых наблюдалось образование интенсивного западного и северного погрантечений,

а в экспериментах с с = 3-Ю'2, 4-Ю'2, 510'2(R = 6.4■ 10 в северо-западной части. области наблюдалось образование области рециркуляции. Было замечено, что при увеличении параметра диссипации с северное погрантечение укорачивается и область рециркуляции уменьшается. Если параметр с остается постоянным, то увеличение числа Россби R приводит к увеличению протяженности северного погрантечения. При малых значениях с и R северное погрантечение практически исчезает. В этом параграфе показано, что при стационарном ветре изменение параметров задачи с и R приводит лишь к изменению протяженности западного и северного погрантечения и к изменению ■ размеров области рециркуляции или вообще к ее-исчезновению, но не происходит меаидрирования струи циркуляции и тем более образования вихре». Таким образом показано, что при выбранных параметрах модели и стационарном ветре в Саротропной модели не наблюдается неустойчивости течения и образования вихрей. Кинетическая энергия системы выходит во всех экспериментах со стационарным ветром на стационарный режим.

Б третьем параграфе рассматривается нелинейная баротропная модель океана 1000км х 1000км с чисто нестационарным напряжением ветра:

гоi х = - sin у sin ut, Т = 44 сут.

. Такой ветер приводит к образованию волн Россби. Устанавливается квазипериодический режим образования циклонических и антициклонических ■ возмущений, которые перемещаются на запад со средней скоростью порядка 10-15 см/с. Кинетическая,энергия при этом испытывает колебания с периодом, близким к периоду ветра.

В четвертом n^parpjiíe. в той же области напряжение ветра представляет собой сумму двух компонент стационарной и нестационарной:-

I

mi г = - sin у (I '+— sin ut}, Г=44сут. z '2 Амплитуда нестационарной составляющей взята вполовину меньше

амплитуды стационарной составляющей.

В п.4.1 рассматриваются процессы, обусловленные действием нестационарного ветра на примере эксперимента R = 6. 4" 10

с = 5' 10''. Вначале образуется крупномасштабная циркуляция с западным и северным погрантечениями, затем под действием нестационарного ветра из струи северного пограптечения образуется меандр, из этого меандра отделяется циклонический вихрь, который перемещается на запад со средней скоростью 25 см/с, по мере приближения к западной стенке его скорость снижается до 6 см/с. Размеры образовавшегося вихря менялись в процессе эволюции от 50 км в диаметре вначале, затем до 200+250 км и, ког^а он приблизился к западной границе, его диаметр снова уменьшился до 50- км. По достижении вихрем западной границы происходит его захват западным течением. Последующие вихри образовывались■ ниже по течению, а именно после поворота струи северного течения на юг. Все вихри в эксперименте перемещались на запад со средней скоростью »10 -15см/с и вливались в западное пограничное течение. По существу движения мелких масштабов поглощаются движениями крупных масштабов, этот процесс • может быть определен как локальное проявление эффекта "отрицательной вязкости".

Время "жизни" вихрей составило от 24 до 28 суток. Устанавливается кваэипериодическая вихревая динамика с периодом образования меандров и вихре-й от 43 до 46 суток. Период образования вихрей, таким образом, был' близок к периоду нестационарного ветра, действующего в модели.

Кинетическая эне^ гия в эксперименте испытывала колебания.• период которых также был близок к периоду нестационарного ветра, от 43 до 46 суток. Моменты образования вихрей всегда приходились на спад энергии, а.моменты захвата вихрей западным течением приходились на участки роста энергии. Таким образом, под действием нестационарного ветра происходит сброс энергии крупномасштабной циркуляции к более мелким масштабам фронтальным вихрям типа рингов.

В п.4.2 исследуется зависимость образования в модели вихрей типа рингов от значения числа Россби. Было получено, что при фиксированном параметре диссипации с = -г НУ вихри образуются при числах Россби:

6. 7- Ю'3 ь К * 2-1&?

В п. 4.3 приведена серия экспериментов, в которых исследовалась зависимость образования вихрей типа рингов от

значения параметра диссипации при постоянном значении числа Россби К на примере Н = .6. 4• ¡О'3. При уменьшении параметра диссипации струя северного погрантечения увеличивается и вихри образуются восточнее. Для числа Россби К = 6 4' 10~3 вихри типа рингов образуются в интервале' параметра диссипации

8- )О'2 * с г 2 ¡О'2.

В п.4.4 рассмотрена серия экспериментов при постоянном значении числа Россби Я = 2' 10по аналогии с п. 4.3. Получено, что для такого числа Россби кваэипериодическое образование вихрей происходит в интервале параметра диссипации:

4- 10~2 е с г 2- ¡О'2.

На границах этих интервалов (тт. 4. 2-4. 4,)образующиеся вихри малы,, диаметр их составляет примерно 50 км, и также мало их время "жизни", порядка 4 суток, вихри образуются вблизи западной границы и остаются неподвижными, в процессе существования.

Во всех экспериментах' вихри образуются на участках спада кинетической энергии, независимо от значений Кис, а захватываются вихри западным, течением или струей рециркуляции на участках роста энергии. Средний уровень энергии повышается с уменьшением с.

■ Образовывались также возмущения типа первых мод Россби, они перемещались на запад со средней скоростью 10-15 см/с.

В параграфе пять рассматривается зависимость образования меандров и вихрей от периода, нестационарной составляющей ветра на основе экспериментов с параметрами: -

5. 1) II = 6.4' 1<Г3. с = 4- /О"2;

5. 2) К = 2.0 10~3. с = Т /О'2.

Для первой пары параметров образование меандров и вихрей происходит в интервале:

110 сут. * Г г 30 сут.. а для второй пары параметров в интервале:

170 сут. « Т = 30 сут.

Изменение периода ветра влияет на место и время образования вихрей, а также на скорости, размеры н время

"жизни" последних.

При малых значениях периода нестационарного ветра (Т = ЗОсут.) вихри образуются около западной границы в области рециркуляции, их диаметр, не превышает 50 км, эти вихри живут всего около 4 суток и захватываются в конце концов западным течением. При больших значениях периода (Т = ИОсут., 170сут. >вихри также образуются около западной границы, диаметр вихрей также мал; примерно 50 км, а время "жизни" порядка 4 суток, но эти вихри уже захватываются струей рециркуляции, а не струей западного течения.

Кинетическая энергия системы в этих экспериментах испытывает . колебания близкие к соответствующему периоду нестационарной компоненты ветра. Образование циклонических рингов происходит всегда на участках спада энергии, а поглощение их струей западного течения или струей рециркуляции происходит всегда на росте энергии.

В параграфе шесть рассматриваются эксперименты с нестационарным ветром негармонического вида.

В п. 6.1 период нестационарного ветра представляет собой функцию с непрерывно растущим периодом (с инкрементом, равным 4 суткам):

88 сут. * T-t г 44 су.т., то есть первая синусоида в выражении • для ротора ветра íí/hjt, где u = 2n/r¡ имеет период 44 суток, вторая - 48 суток, третья - 52 суток и т. д. до 88 суток.

В течение каждого периода из выбранного диапазона образуется вихрь типа ринга. Вихревая динамика и поведение энергии аналогичны описанным выше, в четвертом параграфе, изменяется только время "жизни" вихрей от 22 суток при 7'¡ = 44сут. в начале эксперимента до 48 суток при Т. = 88сут. в конце.

В п. 6.2 рассматривается эксперимент, где нестационарная составляющая ветра представляла собой некоторую случайную функцию:

rot х - - sin у (I Н— sin - !)■

z 2 Т.

i

В этом эксперименте период Г изменяется от 44 до 100 суток как и в п. 6.1 через 4 .суток; но на этот ряд периодов были "еще

наложены случайные возмущения.

Здесь наблюдается аналогичная картина, ■ однако более разнообразная в том. смысле, что из 12 образовавшихся вихрей типа рингов только 5 циклонов достигли западного течения, 5 циклонов были захвачены струей рециркуляции внутри области, а два циклона диссипировали внутри области. Скорости циклонов менялись в процессе движения к западу и в среднем скорости вихрей в эксперименте составили от 3 см/с до 20 см/с. Преимущественно вихри' образовались на спаде кинетической энергии, а захватывались течением на ее росте. '

В п. 6.3 период ветра менялся от 8 до 112 суток, увеличиваясь на 4 суток, с наложением случайных флуктуаций на период ветра. Этот цикл повторялся трижды. В 'этом эксперименте также наблюдались как вихри, захваченные западным течением, так и вихри, захваченные струей рециркуляции. во внутренней области.

В п. 6.4 рассматривается эксперимент с ветром, имеющим прерывистую структуру, т. е. имеющим участки на оси времени, когда есть нестацирнарный ветер и участки, на которых нестационарная компонента отсутствует. Ротор ветрового напряжения задавался следующим образом: первые 100 суток модельного времени действовал стационарный' ветер, затем на время ДТ включался нестационарный ветер, затем снова 100 суток действовал стационарный ветер и опять в течение Д7" нестационарный и т. д.

В п. 6. 4.1 Г = 44 сут. . ДГ = 44 сут.

В п. 6. 4. 2 Г = 80 сут., ДГ = 40 сут.

В этих экспериментах также наблюдалось образование вихрей двух- видов. Вихри, которые образовывались во время действия нестационарного ветра, вливались в западное течение. Вихри, которые образовывались после прекращения действия нестационарного ветра, очень быстро захватывались струей рециркуляции.

В пар_агра^фе семь рассматривается баротропная модель со стационарным ветром, образующим две ячейки циркуляции вод в прямоугольном баротропном океане, размеры которого составляли 1000км х 2000км.

Образуются два крупномасштабных круговорота в северной половин» области - циклонический и в южной половине -

с интенсификацией у

западной границы 2

антициклонический области.

В п. 7.1 рассматривается линейная модель К = 0. с = 3' 10' В п.7.1.1 тангенциальное напряжение ветра представлено в виде:

rotz т = - sin 2у

В результате расчета получено два круговорота: северный циклонический и южный антициклонический без образования выраженного струйного течения на широте, соответствующей нулевому ротору напряжения ветра (у = тт). В п. 7.1.2' напряжение ветра задается в виде;

rot^ т = - sin 2у sin и/.

' Ядро каждого круговорота раздваивается на западное и восточное ядра. Эти ядра являются гребнями волн Россби, возникающих под действием нестационарной составляющей ветрового напряжения. Антициклоническая волна ослабляет восточное ядро, а циклоническая волна его усиливает. Этот процесс носит квазипериодический характер.

В п.7.2 рассматривается нелинейная модель с параметрами R =Т 10~3, с = 3- 10~2.

В п.7.2.1 с тангенциальным напряжением ветра в виде:

rotx = - sin 2у

решение выходит на стационарный режим на 350 сутки. К этому времени в модельном океане сформировались два круговорота: аналоги субтропического антициклона и субполярного циклона, например в Атлантическом океане. В центре области (г = п) появилось восточнонаправленное струйное течение, разделяющее круговороты. Однако баротропная неустойчивость при выбранных значениях параметров не реализуется: меандры и вихри не образуются.

В п. 7.2.2 напряжение ветра задается в стационарной и нестационарной составляющих:

I

ro¡z т = - sin ?у (1 sin otj

виде суммы

а) Г = 80 сут. , б) Г = 44 сут.

восточно направленное струйное течение начинает меандрировать и из меандров' к северу от .струи отделяются антнциклонические вихри, к югу - циклонические. Образующиеся фронтальные вихри типа рингов перемещаются на запад и при приближении к западной границе океана поглощаются пограничными течениями. Таким образом здесь также наблюдается локальное проявление эффекта отрицательной вязкости, как в экспериментах с одноячейковой циркуляцией, когда энергия передается от меньших масштабов к большим. ,

На открытой акватории океана хорошо видны меридионально ориентированные гребни и ложбины в распределении функции тока, которые передвигаются на запад со скоростью примерно 3 см/с.

Циклоны и антициклоны типа рингов имели скорость в среднем 4 см/с. Образование вихрей носило квазипериодический характер и приходилось на слад энергии, а захват вихрей приходился на участки роста энергии.

В эксперименте б) с меньшим периодом нестационарной составляющей ветра. Т - 44 сут. вихревая динамика аналогична эксперименту с Т = 80сут., однако здесь циклонические ринги не доходят до западной границы, а захватываются крупномасштабным круговоротом в области рециркуляции.

В п. 7.3 рассмотрен эксперимент, в котором нестационарный ветер действует только в южной половине области:

1

- sin 2у (1 + J- sin ut) , Г = 80сут., О sys л

roí^c -

- sin 2v , л sys 2л

И в п. 7.4 рассмотрен эксперимент, в котором нестационарный ветер действует только в северной половине области

-. sin- 2у , 0 п

1

- sin 2у 0 +—^ sin ut) . Т~8()сут. , п sys 2п ? -2

R, = Т 10 , с = TIO . Динамика образования из' струйного течения меандров, н вихрей типа- рингов аналогична описанной и имеет следующие отличия в п. 7.3 и 7.4. В .той части области,' где действует нестационарный ветер, образующиеся вихри (Ь

п. 7.3 - циклоны л в п. 7. А - антициклоны) достигают западного течения и захватываются им. Скорости перемещения вихрей составляют примерно 4 см/с и время "жизни" составило в среднем 50 суток.. В той части области.' где напряжение ветра стационарное, вихри (в' п. 7.3 - антициклоны и в п. 7.4 -циклоны) не доходят до западного течения и захватываются в области рециркуляции струйного течения. Скорости перемещения их очень малы и составляют примёрно 1-2 см/с, а время "жизни" не превышало 40 суток. Отсутствует корреляция между поведением кинетической энергии и моментами образованиа и поглощения рингов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Для изучения реакции океана на нестационарне воздействие ветра построена нелинейная баротропная модель. В рамках этой модели выполнены несколько серий численных экспериментов для различных видов тангенциального напряжения ветра: стационарного, нестационарного без средней составляющей и нестационарного ветра со средней составляющей.

2. При задании стационарного ветра в виде rotx = -sin у, roi^x = -sin 2у в линейном варианте модели формируется соответственно однокольцевая и двукольцевая циркуляции, восточнонаправленное струйное течение не формируется. Антициклонический и циклонический круговороты имеют интенсификацию у западной, границы.

В нелинейном варианте формируются соответствующие круговороты, наблюдается интенсификация течений у западного берега и формируется восточнонаправленное течение струйного характера ( rotz г = (1 ), При ■ рассмотрении однокольцезой циркуляции в > северо-западной части бассейна формируется рециркуляция. При рассмотрении двукольцевой циркуляции формируется две области рециркуляции у западного берега в районе отрыва струйного течения от западного берега. При

г -2-2

значениях параметров R = б.4-10 , с = 3-10 . 4-10 рециркуляция восточнонаправленного струйного течения хорошо выражена, при других значениях параметров-она выражена слабее.

3. На основе проведения двух серий численных экспериментов для нестационарного ветра, формирующего однокольцевую среднюю

циркуляцию и двукольцевую среднюю циркуляцию, показано, что нестационарное ветровое воздействие приводит к образованию меандров в восточнонаправленном струйном течении и отсечению вихрей типа рингов: в антициклональной области циклонических и в области циклонического круговорота - антициклонических. Циклонические вихри после их образования дрейфуют а северо-западном , а антициклонические вихри - в юго-западном направлении. В результате нелинейного взаимодействия вихрей со средним течением существенно меняются их размеры и интенсивность. ■Приближаясь к западной стенке они захватываются либо западным пограничным течением либо в области рециркуляции, что зависит от параметров модели R и с и временного масштаба изменчивости ветра. При воздействии нестационарного ветра образуются также возмущения, параметры которых близки значениям параметров первых мод Россби.

4. При задании ветрового напряжения в гармоническом виде обнаруживается высокая корреляция между изменением кинетической энергии системы и моментами образования и поглощения рингов: ринги образуются на спаде энергии, а захватываются в период роста кинетической энергии системы. Когда нестационарная составляющая имеет негармонический вид, корреляция' нарушается, образование и поглощение рингов наблюдается в разных фазах кинетической энергии.

5. При воздействии на океан чисто гармонического тангенциального напряжения ветра (rotx = - sin у sin <о/ и rot^x = - sin 2у sinui)' в океане формируются возмущения типа волн Россби (1,2 моды), которые перемещаются на запад, у западной границы их масштабы приближаются к синоптическим, вдоль западной стенки циклоны устемляются на юг, а антициклоны - на север.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ.ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ"В РАБОТАХ:

1, Субботина М.И. Нелинейная эволюция вихревых. полей в баротрог.ном океане,- возбуждаемых переменным ветром. - в. сб. "Труды ИОАН СССР", 1987, с. 14-17.

2. Субботина М. М. О влиянии нестационарных граничных условий на эволюцию океанической циркуляции в рамках нелинейной

баротропной модгли океана. Тезисы докладов на I Всесоюзной школе-семинаре "Актуальные проблемы океанологии", Л. Гидрометеоиздат, 1987, с. 46-47.

3. Иванов Ю. А., Новицкий А. Г., Субботина M. М. Нестационарная модель генерации и поглощения,рингов в системе Гольфстрима. --Тезисы докладов Третьего съезда советских океанологов, Л. "3®' съезд советских океанологов", .1987, с. 84.

4. Иванов Ю. А., Новицкий А. Г., Субботина M. М. Нестационарная модель генерации и поглощения рингов в системе Гольфстрим. -Доклады АН СССР, 1988, т. 299, № 6, с. 1483-1485.

5. Субботина M. М. Образование и поглощение синоптических вихрей под действием переменного ветра с нестационарной составляющей гармонического вида. - Тезисы докладов IV всесоюзной научно-технической конференции "Вклад молодых ученых и специалистов в решение современных проблем океанологии- и гидробиологии", Севастополь, 1989, часть II, с. 49.

6. Субботина M. М. Реакция баротропного океана на воздействие нестационарного гармонического ветра. - Океанология, 1990, т. 30, вып. 5, с. 717-722.

7. Иванов Ю. А., Новицкий А. Г., Субботина МГ М. Моделирование и анализ динамики вихрей в баротропном океане. - в сб. "МЕГАПО-ИГОН", М. Наука. 1993, с. 338-351.

8. Иванов Ю. А., Новицкий А. Г., Субботина M. М, Нестационарная баротропная модель динамики взаимодействия крупномасштабных океанских круговоротов. - Доклады РАН, 1994, т. 334, № 1, с. 103-105. ;

. 9. Subbotina M. Generation of Gulfstream Rings and Meanders due to Nonstationary Wind-stress.- Workshop on Atlantic Ocean Climate Variability, 1992,Workshop Report N- 84, p 16-17.

10. Subbotina M. Generation of Gulfstream rings and meanders due to . non-stationary. Wind-stress.- Annales Geophysicae, 1993, Supplement U to vol.11, p C160.