Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Особенности тонкой термохалинной структуры во фронтальных зонах и мезомасштабных вихрях океана

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Особенности тонкой термохалинной структуры во фронтальных зонах и мезомасштабных вихрях океана"

российская академия наук

институт океанологии им.п.п.шршова

На правах рукописи удк 551.465

САГДКЕВ АИГАТ МАКСУТОВИЧ

особенности тонкой термохамннои структуры во фронтальных зонах и мезом/сштаеных вихрях океана 11.00.0o - океанология

APTuPEíEPA? диссертации н<: соискание ученой степени кандидата фигико-м.чтематических наук

Москва - 1992

российская академия наук

институт океанологии им.п.п.шин1юва

На правах рукописи УДК 551.465

САГДИЕВ АИРАТ МАКСУТОВИЧ

ОСОБЕННОСТИ ТОННОЙ ТЕРМОХАЛИННОИ СТРУКТУРЫ ВО ФРОНТАЛЬНЫХ ЗОНАХ И МЕЗОМАСИГГАБНЫХ ВИХРЯХ ОКЕАНА-

4

11.00.08 - океанология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации-на соискание ученой степени кандидата.физико-математических наук

Москва - 1992

Работа выполнена в Институте океанологии им.П.П.Ширшова РАН

Научные руководители:

член-корреспондент РАН, профессор Р.В.Озмидов

доктор физико-математических наук В.М.Журбас

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Л.Н.Карлин кандидат физико-математических наук А.Г.Зацепин

Ведущая организация:

Институт экологии и морских исследований'Эстонии

Защита состоится"_"_1992 г.

в "_"час."_"мин. на заседании Специализированного совета

К 002.86.02 в Институте океанологии им.П.П.Ширшова РАН адресу: 117218 Москва, ул.Красикова, 23

!

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

Автореферат разослан "_"_ 1992 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат геогр.наук // С.Г.Панфилова

' 1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. В течение последних десятилетий тонкая структура термохалинных полей океана стала объектом интенсивных исследований. Интерес к данной проблеме связан, в частности, с тем, что тонкая структура представляет собой следствие специфичности процессов перемешивания в океанской среде с устойчивой тем-пературно-соленостной стратификацией, и является одним из звеньев в каскаде передачи энергии от синоптических масштабов (фронты, вихри, внутренние волны) к микроструктуре и мэлкомасштабной тур-' булентности. Известно /Федоров,1982/, что мезомасштабше вихри и фронты играют ключевую роль в процессах переноса тепла и соли в океане, а трансфронтальный перенос и теплосолеобмен между мезо-масштабными вихрями и окружающей средой осуществляется посредством тонкоструктурного расслоения. Поэтому, изучение особенностей тонкой структуры в мезомасштабных вихрях и фронтальных зонах необходимо для адекватной параметризации процессов переноса тепла и соли в океане, что и определяет актуальность теш диссертации.

Целью исследования являлось изучение пространственной изменчивости характеристик тонкой структуры во фронтальных зонах и мезомасштабных вихрях и установление эмпирических, связей между характеристиками тонкой структуры и параметрами гидрологического ' фона.Для анализа был использован обширный материал натурных измерений прецизионными СТБ-зондами как архивного характера (материа-

I

ли экспедиций Института океанологии РАН последних лет),так и оригинальные данные, полученные при непосредственном участии автора.

Основные задачи диссертации состояли в следующем.

1. Для проведения математической обработки й анализа большого

массива данных СТБ-кзмерений, на основе материалов экспедиций Ин-. статута океанологии последних лет создать специализированный банк тонкой структуры фронтальных зон и мезомасштабных вихрей океана.

2. Выполнить обработку собранного в банк массива данных и получить пространственные распределения характеристик тонкой структуры во фронтальных зонах и мезомасштабных вихрях.

3. Установить статистическую зависимость между интенсивностью интрузионного расслоения и мезомасштабными гидрологическими параметра™ фронтальных зон.

Научная Новизна.

1. Средствами компьютерной графики построены двумерные изображения , термохалинных фронтов и синоптических вихрей океана в поле интенсивности тонкой структуры. ■'- •

2. По результатам статистической обработки данных обнаружен ноеый режим изменения интенсивности интузионного расслоения стг от параметра бароклкнности А (рост от с увеличением А), соответствуют бароклинной неустойчивости фронтальной зоны.

3. Получено пространственное распределение интенсивности интру зионной тонкой структуры ео внутритермоклинной вихревой линзе и обнаружено смещение области интрузионного расслоения относительно положения термохалинного фронта линзы в сторону ее периферии.

Прикладное значение Полученные пространственные распределения интенсивности тонкой структуры, зависимости между характеристиками интрузионного расслоения и осредненными гидрологическими полями могут быть использованы для параметризации переноса тепла и соли во фронтальных зонах и мезомасштабных вихрях, а также при разработке прикладных гидроакустических моделей.

Определенную практическую ценность имеет созданный автором пакет программ обработки больших массивов тонкоструктурных данных применительно к ЭВМ типа IBM PC/AT.

Обоснованность научных положений и еыводов.

В работе использованы данные измерений, выполненных при участий автора в 33 рейсе нис "Арнольд Веймер" и 46 рейсе нис "Дмитрий Менделеев", а также архивные данные эксперимента "Мегаполигон -8?" и 51 рейса нис "Академик Курчатов". Обоснованность научных положений диссертации базируется, прежде всего, на большом объеме проанализированных экспериментальных данных, полученных с помощью прецизионного серийного CTD-зонда Mark-Ill при тщательном метрологическом контроле, а также на полной сопоставимости и воспроизводимости результатов анализа, выполненного с использованием современных статистических методов.

.Апробация работы и публикации.

Основные результаты работы были доложены и обсуждены на коллоквиумах Лаборатории морской турбулентности Института океанологии им.П.П.Ширшова РАН (Москва,1990-1992 гг.), на семинаре Центра

океанографических данных ВНИИГМИ МВД (Обнинск, январь 1992 г.), «

на советско-американском семинаре по проекту "Субдукция" в Вудс-холском океанографическом институте (Вудс Хол, США, ноябрь 1991 г.). По теме диссертации опубликовано 4 статьи, список которых приведен в конце автореферата.

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 61 названий. Работа содержит 122 страницы,в том числе 87 страниц машинописного текста, 32, -рисунка и 3 таблицы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность теш диссертации, -•сформулированы основные цели и задачи исследования, а также составлена краткая аннотация отдельных глав и параграфов.

В первой главе дан обзор современного состояния исследований танкой термохалинной структуры океана. Под этим термином понимают относительно долгокивущие неоднородности на вертикальных профилях температуры и солености,-определяющими свойствами которых являются слоистая"стратификация и гидростатическая устойчивость. Горизонтальные размеры тонкой структуры на 2-4 порядка больше вертикальных /Федоров,1976/, а сам диапазон вертикальных масштабов простирается от 10-100 см (от масштаба Озмидова /1965/ Ь0 = е1/2 1Г3/г,где е - скорость диссипации энергии турбулентности в тепло, N - частота Брента-Вяйсяля) до примерно 100 м. Временные масштабы тонкой структуры варьируют в широких пределах и могут достигать многих месяцев /Schmitt et а1,1987/, а, возможно, и лет. Столь большие времена существования тонкоструктурных неоднородаостей без существенных изменений говорят о том, что в опрвдэделенных ситуациях реализуются некие механизмы самоподдержания (регенерации), препятствующие диффузионному размыванию неоднородаостей. Один из возможных механизмов такого сорта связан с конвективными эффектами двойной диффузии /Тернер,1977/.

Все многообразие форм существования тонкой термохалинной структуры океана сводится к двум основным типам - ступенчатому и интрузионному /Журбас,Липс,1987/. В тонной структуре ступенчатого типа приближенно выполняются соотношения /Pingree,1972/

Т' / I = S' / 5 = р' / р , (1)

Z Z ' Z

где (в), Sf(z). р•(») - неоднородности температуры, солености и

потенциальной плотности, полученные путем высокочастотной фильтрации исходных вертикальных профилей T(z), S(z), p(z); f , s , p ~ соответствующие средние вертикальные градиенты. Механизмы генерации ступенчатой тонкой структуры могут быть различными - кине-

маттлтгттЛ т>ттитгПАгггпгт олтги ъгюгх тгыхпа t»ATVrn;rwo пглзпо ттагкаша,-

muiii iv ммш unj iJtyuui 9 Du^iyiAaJiDriUC ilC L/UMt?

шивание рззличной природы, боковая адвекция при совпадающих T,S-кривых.

Тонкая структура интрузионного типа характеризуется выполнением соотношения

а Т' = (3 S\ . (2)

где аир- коэффициенты температурного расширения и соленостного •уплотнения морской воды. Интрузионной тонкой структуре присуще наличие инверсий на вертикальных профилях температуры и солености и она наблюдается fea термохалинных фронтах, разделяющих воды с различными T.S-кривыми.Генерация интрузионной тонкой структуры может быть связана как с инерционными колебаниями, так и с особым видом гидродинамической неустойчивости термохалинного фронта, обусловленным эффектами двойной диффузии /Stern,1967/.

Одной из наиболее важных задач исследования тонкой структуры является проблема, ое плрпмотризации, то есть определения зависимостей характеристик тонкой структуры от осредненных гидрологи»

ческих параметров. Простейший способ параметризации ступенчатой тонкой структуры заложен уже в фэрмуле (1), связывающей амплитуды тонкоструктурных неоднородностей со средними вертикальными градиентами. Этот способ последовательно развивался в работах /Р1п-,gree,1972, Плахмн.Федоров,1972, Гарнич,МиропольскиЙ,1Э74/ и был распространен на спектральное представление .. тонкой структуры в работах /Gregg,1977, Лозовацкий,0змидов,1988/. С параметризацией

кктрузйонной тонкой структуры дело обстоит существенно хуке. Здесь мокно отметить работу /Журбас,Кузьмина,Лозовацкий,1988/, в которой сделана попытка связать интенсивность интрузий с параметрами термоклинности и бароклинности фронтальной зоны Гольфстрима. Попытки параметризовать вертикальный масштаб интрузий предпринимались в работах /Ruddick,Turner,1979,.Toole,Georgi,1981, Nlino, 1986/, однако, полученные результаты пока малопригодны для практического использования.

Относительно немногочисленны измерения тонкой структуры в синоптических вихрях. Здесь следует отметить работы /Парамонов и др.,1981, Дыкман и др.,1981, Лозовацкий и др.,1987,' Schmitt et а1,1991/, в которых отмечалась повышенная активность ступенчатой тонкой структуры в центре и интрузионной структуры на периферии рингов Гольфстрима, а также работы /Карлин и др.,1988, Armi et al.1989, Лаанеметс,Липс,1991/, в которых изучалась тонкая структура внутритермоклинных линз средиземноморской воды.

Во второй главе изложены методы обработки больших массивов тонкоструктурных данных, применявшиеся при работе над диссертацией. В § 2.1 описана методика сбора и первичной обработки данных CTD-зонда Mark-Ill. В целом процедура сбора и первичной обработки следует известным принципам, изложенным в /Лаанеметс,1987/, которые были адаптированы автором для ЭВМ типа IBM PC/AT.

Широкое применение в практике океанографических исследований, приборов с повышенной разрешающей способностью типа Mark-Ill при- 1 вели к резкому увеличению объема данных по тонкой термохалинной структуре вод океана. В связи с этим возникла необходимость нового подхода к задачам обработки и хранения информации. Во время работы над диссертацией автором была проделана определенная рабо-

та в этом направлении.

Для удобства хранения данных, оперативного доступа к ним и. убыстрения их обработки, был разработан банк тонкоструктурных данных "CTD". Первоначально он был создан для работы с архивными данными эксперимента "Мегаполигон-87", а затем был дополнен данными по всей Субарктической фронтальной зоне' Тихого океана (51 рейс нис "Академик Курчатов"), по средиземноморской линзе (33■ рейс нис "Арнольд Веймер") и Азорской фронтальной зоне (46 рейс нис "Дмитрий Менделеев"), став таким образом универсальным.

Все структурные блоки банка были специально созданы для работы на персональных компьютерах типа IBM PC/AT е учетом его ар-•хитектуры, аппаратных возможностей и привлечением различного вида утилит, стандартных программ и пакетов в среде операционной системы персонального компьютера. Банк состоит из двух основных блоков: блока данных и пакета программ. Для удобства работы с данными и уменьшения времени обращения все данные хранятся в одном блоке, а информационная часть с паспортами станций - в другом блоке. Данные организованы в формате INTEGERS, что позволило их хранить в достаточно.компактном виде.

Вторая часть банка - пакет программ - тоже организован как единый блок. Программы написаны на языке F0RTRAN-77. Древовидная архитектура пакета использует метод вложений. Из главного тела программы - пакета MAIN - пользователь может по желанию попасть в три раздела: раздел обслуживающих программ UTIL (ввод-вывод различного вида информации, переформатирование данных, сортировка и .поиск данных по различным признакам, подготовка данных для дальнейшей обработки в других пакетах и т.п.); раздел обработки PR0C (программы вычисления различных гидрофизических параметров, . ха-

рактеристик тонкой термохалинной .структуры и гидрологического фона, подготовки в соответствующих форматах файлов для вывода графической информации); раздел построения графиков и рисунков GRPLT, широко использующий стандартные для персональных компьютеров пакеты, такие как GRAFER, SURFER, SYSTAT и т.п. Каждый раздел состоит из основного модуля и набора подпрограмм, которые в виде объектных модулей скомпонованы в соответствующих разделам библиотеках.

Банк тонкоструктурных данных создавался как открытая система, что делает его достаточно гибким и дает возможность расширения его дополнением различного вида утилит, программ обработки пользователя, новых данных.

В третьей главе представлены результаты анализа тонкой термохалинной структуры во фронтальных зонах. В § 3.1 дается общая характеристика используемого материала натурных измерений, а в последующих двух параграфах рассмотрены характеристики тонкой структуры и ее изменчивость в пределах Субарктической фронтальной зоны Тихого океана (САФЗ). Как известно /Грузинов,1986/, САФЗ располагается примерно между 38° и 45° с.ш. и пересекает весь Тихий око ян и зональном направлении, будучи в своей западной чисти примерно до 180° неразрывно связанной с мощными бароклинными течениями Куросио и Ойясио. В центральной и восточной частях океана струйные бароклинные течения отсутствуют; Субарктический фронт здесь обусловлен в основном атмосферными воздействиями1 (конвергенцией э'кмановского переноса, изменением с широтой интенсивности радиационного прогрева, осадков и испарения) и характеризуется сильной взаимной компенсацией вкладов горизонтальных градиентов температуры и солености в плотность. Чтобы охарактери-

зовать изменчивость тонкой структуры на всей протяженности САФЗ, использовались данные трех меридиональных CTD-разрезов в западной, части Тихого океана (по 151°Б8*, 152°24' и 155° в.д., эксперимент "Мегаполигон") и двух разрезов в центральной и восточной частях (по 164° и 150° з.д., 51 рейс нис "Академик Курчатов").

По данным эксперимента "Мегаполигон" /Белкин,и др.,1991/ в западной части океана САФЗ характеризовалась сложной структурой при наличии трех фронтов - Полярного, Субарктического и фронта Продолжения Куросио, причем два первых западнее 153°30'в.д. существовали слитно, а восточнее происходило их разветвление. Столь сложное термохалинное и динамичекое строение западной части САФЗ обусловило сильную пространственую изменчивость интенсивности ин-трузионной тонкой структуры - среднеквадратичных амплитуд.неодно-родностей температуры ат с вертикальным масштабом до 40 м. Максимальные значения ог наблюдались в верхней части пикноклина, достигая 0,6-0,7 °С, и убывая до значений менее 0,1°С на глубинах более 650 м. Также было отмечено некоторое уменьшение значений ат в южном направлении, .что соответствовало ослаблению изопиюшчес-ких перепадов температуры на фронте Продолжения Куросио относительно Субарктического и в ощо большей степе mi Полярного фронтов.

В центральной и восточной частях Тихого океана тонкая структура САФЗ характеризовалась низкими уровнями ат - до 0,05-0,06°С в слое сезо!Шого термоклина и 0,02-0,03°С в главном термоклине. Особенности пространственного распределения ат удалось связать с горизонтальной мезомасштабной изменчивостью САФЗ, которая прояв-. лялась в разбиении фронтальной зоны на серию мезомасштабнах фронтов, расположенных в среднем на расстоянии ~ 45-60 миль друг от друга. Выявлены две вероятных причины невыразительности тонкой

структуры САФЗ в центральной и восточной частях Тихого океана: 1) слабая выраженность самих фронтов (низкие изопикнические градиенты температуры и солености) и 2) неблагоприятная для развития процессов двойной диффузии абсолютно устойчивая термохалинная стратификация вод. Последний вывод можно распостранить и на Северную Пацифику в целом, где значения плотностного соотношения Ир = а Т / р Б^ менее близки к единице, чем в Северной Атлантике, что и определяет в более активное развитие процессов тонкоструктурного расслоения в последнем случае.

В § 3.4 представлены результаты измерений тонкой структуры в Азорской Фронтальной зоне. Азорский фронт является частью субтропического фронта на северной периферии Североатлантического субтропического антициклонического круговорота и характеризуется исключительно слабыми изопикническими перепадами температуры за исключением слоя сезонного термоклина, где он составляет примерно 1°С. Квазимеридиональный разрез через Азорский фронт, проведенный в 46 рейсе нис "Дмитрий Менделеев" с расстоянием между станциями 20 миль, не позволил обнаружить повышения интенсивности тонкой структуры на Фронте. Однако по результатам площадной съемки фрагмента Азорского фронта сканирующим СТВ-зондом, дающим разрешение по горизонтали около 2 миль, удалось получить изображение фронта в поле интенсивности тонкой структуры од (среднеквадратичные амплитуды I.еоднородностей солености в слое 100-200 м) в виде вол- , нообразнс'! полосы повышенных значений а3 шириной около 20 км, '• примерно совпадающей с положением меандрирующего фронта.

В § 3.5 изложены результаты изучения статистической зависимость интенсивности интрузионной тонкой структуры от осредненных гидрологических параметров фронтальной зоны. Анализ проводился на

основе СТВ-иэмерений в Субарктической фронтальной зоне в эксперименте "Мегаполигон". Аналогично предыдущим разделам диссертации, в качестве характеристики интенсивности тонкой структуры использовалась среднеквадратичная амплитуда ог неоднородностей температуры с вертикальными масштабами до 40 м. Фронтальная зона характеризовалась параметрами термоклинности и бароклинности. Необходимым условием интрузионного расслоения является наличие града-, ентов температуры/солености на изопикнических поверхностях - по терминологии ЛЧоойя,1980/, наличие термоклинности. Помимо термоклинности, океанским фронтам в той или иной степени присуща баро-клгашость, характеризуемая наклоном -ур изопикничоских поверхно-. стей относительно изобарических. Параметром термоклинности служил средний градиент температуры на изопикнах (Тг)р. а бароклинность характеризовалась*параметром Л = 7р N / I « где Н -

частота Брента-Вяйсяля, 1 - параметр Кориолиса, - число Ричардсона в геострофяческом потоке. В работе /Журбас,Кузьмина,Ло-зовацкий,1988/ было получено, что интенсивность интрузий во фронтальной зоне Гольфстрима прямо пропорциональна параметру термоклинности, и обратно пропорциональна параметру бароклинности,причем подавление интрузионного расслоения бароклишгастью связывалось с перемежающейся турбулентностью, разрушающей солевые пальцы - источник термохалинной неустойчивости фронтальной зоны.

'' Автором были подвергнуты статистическому анализу более полутора тысяч эмпирических оценок троек значений ( ат, (Тг)р, А ), полученных в САФЗ, причем значения (Тг)р и А брались по' модулю. В качестве первого шага при выявлении зависимости интенсивности тонкой структуры от от фоновых параметров Д и . -<Тг)р по методу наименьших квадратов была выполнена линейная регрессия вида ат =

а + b * (Tj)p + с * А, где оба коэффициента при фоновых параметрах оказались положительными: Ь = 2.8, с = 0.21, что расходилось с результатами /Журбас,Кузьмина,Лозовацкий,1988/, согласно которым коэффициент с должен быть отрицательным. Также оказалось, что линейная зависимость плохо описывает трехмерный массив ( ат, (Tj)p. А ): регрессия позволила уменьшить дисперсию оценок ат всего на 2&%. Это означало, что зависимость ат от параметров (Tj)p и А имеет сложный, нелинейный характер. Чтобы выявить эту зависимость, была выполнена 'интерполяция значений ат на логарифмически равномерную сетку в плоскости ( А, (Тг)р ) и с помощью пакета трехмерной графики SURFER построено поле изолиний от = const. Оказалось, что во всем диапазоне изменения параметра баро-клшности А интенсивность интрузий о_ возрастает при увеличении параметра термоклинности (Тг)р - результат вполне естественный и соответствующий существующим представлениям о процессе интрузион-ного расслоения. Что касается зависимости оу от А, то она оказалась немонотонной. При А < 3 Ю-3 и постоянном (Т;)р наблюдается убывание от с ростом А, что качественно соответствует результатам /Журбас,Кузьмина,Лозовацкий,1988/. При Д > 3 10~3 и (Тг)р = const

картина обратная: интенсивность тонкой структуры ат возрастает с увеличением параметра бароклинности А. Таким образом, обнаружен новый ре гл.1 в зависимости интенсивности интрузионного расслоения от степени бароклинности фронтальной зоны. Этот результат удалось интерпретировать в рамках модели /Кузьмина.Родионов,1992/, в которой первый режим соответствовал термоклшшой неустойчивости фронтальк-ii зоны при учете возмущения солевых пальцев бароклинно-стыо, a iгорой режим - бароклинной моде неустойчивости.

В четвертой главе приведены результаты анализа измерений

тонкой термохэлитной структуры в мезомасштабных вихревых образованиях. В § 4.1 рассмотрена тонкая структура вихрей Субарктической фронтальной зоны Тихого океана по данным эксперимента "Mera- ' полигон". Как уже отмечалось, САШ в западной части Тихого океана характеризуется наличием сразу трех фронтов ( Полярного,Субарктического и фронта Продолжения Куросио) и существованием связанных с ними струйных течений- Куросио и Ойясио. Столь сложная динамическая и термохалинная структура района является причиной частого формирования синоптических вихрей. На каждом из трех меридиональных разрезов, отбранных'для анализа, наблюдается по одному мощному синоптическому пихр»: по Ш°Б9' и 1 Б2°24' п.д. - один и тот же антициклон,'зафиксированный между Субарктическим фронтом и фронтом Продолжения Куросио с интервалом примерно в один месяц, а по 155° в.д. - циклон в области Субполярного фронта. Для анализа тонкой структуры обнаруженных синоптических вихрей по всем зондированиям на разрезах были рассчитаны вертикальные профили среднеквадратичных амплитуд тонкоструктурных неоднородностей температуры ог и с помощью компьютерной графики построены поля изолшшй ор на разрезах. В поле интенсивности тонкой структуры синоптичао-кие вихри проявлялись в виде областей пониженных значений от в центральной части вихря, и повышенных значений на периферии. Особенно ярко эта особенность проявлялясь в антициклоне, ядру которого' соответствовало грибовидное поднятие изолиний от , а на его периферии в слое 250-600 м наблюдалась локальная область (кольцо) высоких значений а'т с замкнутыми изолиниями. Таким образом, были получены (то-видамому, впервые) двумерные изображения синоптических вихрей в поле интенсивности-тонкой структуры» Отметим, что значения от в центре вихрей были не просто пониженными, а мини-

малышми из наблюдавшихся на разрезах на тех же горизонтах. Существование глубокого минимума оценок ат в центре можно качественно -■объяснить квазитвердотельным вращением ядра вихря, препятствующим проникновению интрузий, формирующихся в периферийной зоне повышенной термоклинности, во внутреннюю область, изолируя ее от области активного интрузионного расслоения.

В § 4.2 обсуждаются результаты по пространственному распределению интенсивности интрузионной тонкой структуры во внутритер-моклкнной средиземноморской линзе. Используются данные специального натурного эксперимента,'выполненного при участии автора в 33 рейсе нис "Арнольд Веймар", в котором с помощью сканирующуго CTD-зондз были получены детальные разрезы температуры и солености с разрешением по горизонтали 2-3 км, причем, разрезы выполнялись как в радиальном (примерно через центр линзы), так и в тангенциальном направлении (по дуге на постоянном расстоянии от центра линзы). Было обнаружено,что интрузионные неоднородности приблизительно горизонтально изотропны, а отношение их характерных вертикального и горизонтального размеров примерно равно отношению i / N м 2 10 что свидетельствует в пользу их вихревой природа /Artiil et а1,И89/.

Для анализа пространственной изменчивости характеристик интрузионной тожой структуры в качестве последних были выбраны* среднеквадратичная амплитуда вертикальных неоднородностей температуры ог б слое 800-1250 м и средняя интенсивность интрузий рассчитанная по методике /Van Акеп,1981/. Связанное с линзой ме-зомасштзЗное термохалинное возмущение характеризовалось средним по слою 700-1500 м избыточным значением солености Seic. Динамика Лин?» характеризовалась геострофической функцией тока Р, которая

определялась по возмущению поля потенциальной плотности в линзе. Были построены эмпирические зависимости ат (г), 5f{(r), Seic(r),. Р (г), где г - расстояние от центра линзы, а затем эмпирические зависимости аппроксимировались функциями

Р(г) = bf + а, ехр( - г2 / 2 Rf ) (3)

Wr>=b2 + a2exP<-r2/2Rf > W

ат(т) = b3 + а5 г ехр( - г2 / 2 ) (5)

ЯГ{(г) = b4 + а4 г ехр( - г2 / 2 R2 ) (6)

где bf_4, aJ4, R)4 - параметры аппроксимирующих функций, значения которых опроделялись по методу наименьших квадратов (нелинейная регрессия). С учетом центростремительного ускорения зависимость у(г) скорости вращения линзы от расстояния до ее центра оп~ ределялясь из уравнения

- V2 / г = -1 4g + t ? (Т)

где Ту(г) - 3 F / 3 г - геострофическая скорость. Оказалось, что учет центростремительного члена в линзе весьма существенен, в частности, для оценок угловой скорости вращения линзы: ы а 0V/ar| = - 1.23 Ю-5 с-', (0 а дУ /дт\ п = - 1.04 Ю-5 с"',ЧТО

1 г=0 S S Г=0

дает оценку периода вращения линзы 2 % / ш = 5.1 сут. вместо 2 % / и^ = 6 сут. Для эффективных радиусов линзы получены следующие оценки: термохалинный радиус R2 = 16.5 км, динамический радиус rmcw = 15,7 m (Расстояние от Центра линзы, на котором достигает-' ся максимум функции v(r)), тонкоструктурные радиусы R^ * 26.2 км, R. = 28.? км. Таким образом, термохалинный и динамический радиу-

'' I

сы линзы близки по величине, тогда как эффективные радиусы линзы vB тонкоструктурных шлях оказались существе»» больше (в 1,6-1,7 раза). Второй особенностью пространственных- распределений ог и Избыло то, что, аналогично синоптическим вихрям Субарктической

фронтальной зоны Тихого океана, экстремально низкая интенсивность интрузионной тонкой структуры наблюдалась в центре вихревой линзы.

Причинами смещения области интрузионного расслоения (максимумов функций ат и ЛТ{ ) относительно положения термохалинного фронта (максимум функции - 3Seic / дт ) могут быть преобладающее распространение интрузионных элементов из области их формирования на термохалинном фронте в направлении от центра линзы, а также то, что интрузионные.элементы представляют собой вихревые образования, которые формируются на боковой периферии основного антициклона линзы вследствие егС неустойчивости /Ami et а1,1989/. В пользу первого предположения говорит то, что с одной стороны термохалинного фронта располагается невозмущенное ядро линзы, находящееся в квазитвердотельном вращении, что затрудняет проникновение холодных интрузий в область ядра. Теплые же интрузии, формируясь на термохалинном фронте, распространяются от Центра линзы, производя смещение области максимальной интенсивности тонкой структуры. При этом сам фронт перемещается в обратном направлении и происходит' уменьшение размеров ядра.

В пользу второго предположения свидетельствуют упомянутые выше свойства интрузионных элементов (горизонтальная изотропность и отношение вертикального и горизонтального масштабов,-равное 1/N), а также то, что положение максимумов функций ат и Al{ приблизительно совпадает с положением максимума горизонтального градиента | скорости - йу/Зг на периферии линзы. Однозначно ответить на вопрос о причине смещения максимума интенсивности интрузионной тонкой структуры относительно положения термохалинного фронта средиземноморской линзы в настоящее время не представляется возможным.

В заключении сформулированы основные научные результаты:

1. Для математической обработки и анализа больших массивов данных натурных измерений на основе ЭВМ типа IBM PC/AT создан специализированный банк тонкой структуры, включающий в себя базу данных CTD-зондирований, выполненных'в 4-х океанских экспедициях, пакеты программ обслуживания банка, первичной и специальной обработки данных, графического-отображения информации.

2. Используя средства компьютерной графики, получены двумерные изображения термохалинных фронтов и синоптических вихрей океана в поле интенсивности тонкой структуры, Установлены причинно- ' следственные связи между полученными изображениями и пространственными мезомасштабными распределениями гидрологических полей.

3. По данным измерений в Субарктической фронтальной зоне

о

Тихого океана получена статистическая зависимость интенсивности интрузионного расслоения от параметров тормоклинности и бароклин-ности фронтальной зоны. Показано, что эта зависимость имеет сложный, нелинейный характер. Выявлено существование двух режимов изменения интенсивности интрузионного расслоения в зависимости от параметра бароклинности, соответствующих различным типам неустойчивости фронтальной зоны. - ' '

4. Получено пространственное распределение интенсивности ин-трузионной тонкой структуры во внутритермоклинной линзе. Обнару- • жено, что область интрузионного расслоения не совпадает с положением термохалинного фронта линзы, а располагается на существенно большем расстоянии от ее центра. Проанализированы возможные при-,чины смещения области интрузионного расслоения относительно положения фронта. •v . '

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

1. Курбас В.М.,Кыутс Т.Даанеметс Я.Я.,Липе У.К.,Сагдиев A.M., Элькен К).Я. Пространственное распределение интенсивности тонкой структуры в средиземноморской линзе // Океанология, 1992, т.32,

ЕЫП.З, С.

2. Сагдиев A.M. Двумерные изображения синоптических вихрей Субарктической фронтальной зоны Тихого океана в поле интенсивности тонкой структуры // Деп.ВИНИТИ, 1992.

3. Сагдиев A.M. О тонкой структуре Субарктического фронта в центральной части Тихого океана // Деп.ВИНИТИ, 1992.

4. Нурбас В.М..Сагдиев A.M. Крупномасштабная структура гидрологических полей и тонкая термохалинная структура Субарктической фронтальной зоны в западной части Тихого океана // Материалы океанологических исследований. Вып.4. Структура гидрофизических полей Субарктической фронтальной зоны в Тихом океане. Каталог. Меж-дуЕед.Геофиз.Комитет, 1992, с. 8-10, 23-25.