Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Оценка дрейфовой циркуляции в Атлантическом океане
ВАК РФ 25.00.28, Океанология
Автореферат диссертации по теме "Оценка дрейфовой циркуляции в Атлантическом океане"
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова
Географический факультет
На правах рукописи УДК 551.46.553(261)
БЕСЕДИН Дмитрий Евгеньевич
ОЦЕНКА ДРЕЙФОВОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ В АТЛАНТИЧЕСКОМ ОКЕАНЕ
Специальность 25.00.28 - Океанология
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук
бэе&пл*тный
пл ЯР
Москва - 2006
Диссертация выполнена на кафедре океанологии географического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова
Научный руководитель: доктор географических наук,
профессор С.А.Добролюбов
Официальные оппоненты: доктор географических наук
Б.Н. Филюшкин
кандидат географических наук B.C. Тужилкин
Ведущая организация:
Гидрометеорологический научно-исследовательский центр Российской Федерации Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды
Защита состоится 30 марта 2006 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д501.001.68 при Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119992, Москва, ГСП-2, Ленинские горы, МГУ, географический факультет, ауд. 1801
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке географического факультета МГУ на 21 этаже.
Автореферат разослан 28 февраля 2006 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат географических наук
С.Ф.Алексеева
лтл
f?ff 3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы
Дрейфовые течения являются одной из составляющих океанской циркуляции. Их роль в водо- и теплообмене отдельных районов океана (прежде всего низких широт) может быть существенной и должна учитываться при моделировании и прогнозах. Особенностью дрейфовых течений является то, что они располагаются на поверхности океана, в слое, контактирующим с атмосферой и отличающимся интенсивным вертикальным перемешиванием. Этот слой наиболее подвержен антропогенному загрязнению, и распространение загрязняющих веществ в нем во многом определяется дрейфовыми течениями. Понимание того, как формируются физические, химические и биологические характеристики перемешанного слоя также требует знания о горизонтальной циркуляции вод. В этой связи целесообразно произвести сравнение двух основных компонентов течений в верхнем слое - дрейфового и геострофического.
Океанологи, изучающие динамику океана, традиционно испытывали дефицит данных по течениям. Долгое время наблюдения за океанской циркуляцией велись точечно или на небольших участках с помощью несовершенных средств, таких как механические вертушки и др. Новая эпоха в прямых измерениях океанских течений началась с широкого применения акустических доплеровских профилографов скорости (Acoustic Doppler Current Profiler - ADCP). Судовая модификация ADCP позволяет выполнять непрерывные измерения скорости течений в верхнем слое океана со сравнительно высоким временным и пространственным разрешением.
Внедрение ADCP в океанологическую практику произошло на рубеже 1980-
90-х гг. С тех пор было накоплено большое
1
35ge;
^вОйвйоШЯЙ^в^ океанским БИБЛИОТЕКА СП« О»
течениям, и возникла проблема их интерпретации. Одной из возможностей использования этих данных является изучение дрейфовой циркуляции. На эту возможность указывается в задачах международной океанологической программы WOCE (World Océan Circulation Experiment).
Начиная с классической работы Экмана [Ekman, 1902], появилось много теоретических разработок, посвященных дрейфовым течениям. Вместе с тем, в ходе наблюдений было обнаружено, что циркуляция в верхнем слое может принимать формы спирали или симметричных вихрей (вихрей Ленгмюра). С разнообразием типов дрейфовых течений связан вопрос о суммарном дрейфовом переносе. Известное соотношение, задающие этот поток перпендикулярно направлению ветра [Мамаев, 2001], не учитывает всей сложности взаимодействия на границе океан-атмосфера. Неясна и роль ленгмюровских вихрей в переносе воды.
Оценка дрейфовой циркуляции по прямым наблюдениям скорости течений на океанологических разрезах может прояснить вопрос о направлении и величине дрейфового переноса и послужить критерием достоверности для моделей.
Цель работы - сравнение суммарных агеострофических течений (САТ), полученных из прямых измерений скорости ADCP и дрейфовых течений, рассчитанных по моделям циркуляции из поля ветра; выявление роли дрейфовых и геострофических течений в верхнем слое Атлантического океана.
Для достижения этой цели планировались следующие задачи:
- Определение глубины распространения дрейфового течения по гидрологическим параметрам;
- Внедрение нового метода построения спирали дрейфового течения;
- Расчет CAT по данным измерений ADCP и дрейфовых течений по данным о поле ветра;
- Сравнение структуры и расходов CAT и дрейфовых течений на океанологических разрезах;
- Расчет геострофических течений при использовании отсчетной поверхности с известными значениями скорости;
- Сравнение геострофических и дрейфовых расходов воды через разрезы в перемешанном слое.
На защиту выносятся
- Полученные автором величины интегральных переносов CAT и дрейфовых течений через океанологические разрезы в Атлантике. Сравнение их с дрейфовыми переносами по средним климатическим данным;
- Особенности вертикальной структуры CAT;
- Оценка геострофического и дрейфового компонентов циркуляции в перемешанном слое в разных районах океана;
- Новый метод расчета дрейфовых течений, его описание и примеры использования.
Научная новизна работы
В настоящей работе изучение дрейфовой циркуляции производилось не только на основе модельных расчетов по полю ветра, но и с привлечением прямых наблюдений скорости течений. Существует небольшое число подобных исследований. Настоящая работа выделяется из них тем, что в ней впервые проведено комплексное изучение дрейфовой циркуляции в Атлантическом океане на основе данных большого числа океанологических разрезов. Расчет дрейфовых течений производился с использованием выражения полного дрейфового потока и
интегрированием скорости в пределах переметанного слоя, что тоже является нововведением.
Сравнение геострофических и дрейфовых течений в верхнем слое океана представляет научный и практический интерес, однако выполнялось оно довольно редко. В настоящем исследовании такое сравнение выполнено по данным океанологических разрезов, причем геострофические течения вычислялись от отсчетной поверхности с известными значениями скорости (т.е. была использована возможность получения абсолютной, а не относительной геострофической составляющей).
Новый метод расчета дрейфовых течений, предлагаемый в работе, отличается простой в использовании и позволяет задавать произвольное распределение вязкости по глубине.
Научная и практическая значимость
Результаты работы позволили сделать выводы о некоторых закономерностях поведения дрейфовых течений. Это должно помочь исследователям в выборе оптимальной модели для расчета дрейфовой циркуляции. Выполненные оценки дрейфового переноса через разрезы в Атлантическом океане являются дополнением к ряду подобных исследований и полезны для изучения процессов океанского массо- и теплообмена. Сравнение дрейфовых и геострофических течений в верхнем слое важно для выявления роли дрейфовой циркуляции в разных районах Атлантического океана. Оценки глубины перемешанного слоя представляют интерес при моделировании процессов обмена между океаном и атмосферой и решении других океанологических задач.
Автор принимал участие в пяти научных рейсах Института океанологии РАН и одним из первых использовал данные о скоростях течений ADCP, полученные российскими океанологическими судами. В ходе исследования была изучена и успешно апробирована принятая в качестве международного стандарта методика обработки измерений ADCP [Firing, 1991]. Полученная автором технология анализа данных судовых профилографов скорости уникальна для российской океанологии и находит применение в исследованиях, проводимых ИО РАН.
Апробация работы
Результаты работы были представлены на двух конференциях «General Assembly of the European Geosciences Union» (Nice, France, 2004; Vienna, Austria 2005), всероссийской конференции «Фундаментальные исследования взаимодействия суши, океана и атмосферы» (Москва, 2002), всероссийской конференции «Ломоносов-2005» (Москва, 2005), конференции «Горизонты географии» (Москва, 2005), а также школе-конференции молодых ученых с участием стран СНГ «Рациональное природопользование» (Москва, 2005). По теме диссертации опубликована одна работа и ряд тезисов, еще две работы в настоящее время находятся в печати.
Общий объем работы составляет 233 страницы, в том числе 90 рисунков, 7 таблиц. Список использованной литературы содержит 134 наименования.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения.
Во введении обоснована актуальность работы, излагаются ее цель и задачи, показана научная новизна и практическое значение исследования. Дан общий взгляд на проблему дрейфовой циркуляции и измерения морских течений.
В первой главе приводятся основные положения моделей дрейфовых течений Экмана и Мадсена [Маскеп, 1977]. Модель Экмана, лежащая в основе современных представлений о дрейфовой циркуляции, рассматривается подробно. Модель Мадсена была выбрана как пример модели, учитывающей наблюдения, по которым угол отклонения поверхностного течения от ветра меньше экмановского.
Также в первой главе приводится описание нового метода расчета дрейфовых течений - геометрического конечно-разностного построения спирали дрейфового течения при произвольно меняющейся вязкости, разработанного автором совместно с В.Л. Лебедевым. Суть метода состоит в следующем. Структура эпюры установившегося дрейфового течения подчиняется условию равенства нулю равнодействующей сил, управляющих движением, для каждого горизонтального слоя воды. Равнодействие состоит в том, что трение, действующее на слой сверху и возникающее из-за геометрической разности скоростей с вышележащим слоем, равно по величине и противоположно по направлению геометрической сумме двух других сил - вектора трения с нижележащим слоем и силы Кориолиса. На основе этого равноденствия сил была составлена в алгебраическом виде программа численного построения эпюры скорости, позволяющая вводить произвольные значения коэффициента вязкости и варьировать граничные условия.
Остальная часть материала первой главы включает: краткий обзор, посвященный циркуляции Ленгмюра, которая относится к особому типу движения вод, по сей день не нашедшему точного теоретического объяснения; описание динамического метода расчета течений, служащего для расчета геострофической составляющей скорости; географическую характеристику района исследований (климатического поля ветра и соответствующего ему полного дрейфового переноса), а также характеристику течений верхнего слоя. В конце главы приводится обзор методик расчета касательного напряжения ветра и коэффициента вертикальной турбулентной вязкости К на поверхности океана.
Вторая глава включает в себя описание технологии измерений скорости океанских течений, обзор работ по теме исследования, раздел, посвященный расчету глубины распространения дрейфового течения, характеристику исходных данных.
Акустические доплеровские измерители скорости ADCP в настоящее время являются наиболее распространенным типом измерителей скорости морских течений. В работе использовались измерения, выполненные судовой модификацией прибора. Она представляет собой четырехлучевой передатчик и приемник коротких акустических сигналов, установленный под днищем судна, и электронный блок обработки данных, размещенный на борту. ADCP восстанавливает профиль скорости течения на основе сдвига частоты отраженного акустического сигнала. Для получения абсолютных векторов скорости течений измерения ADCP интегрируются с показаниями GPS и судового гирокомпаса (спутникового курса).
ADCP позволяет получать непрерывные записи скорости. Вертикальные границы работы прибора составляют от 16-30 до 150-700 м. Качество и
протяженность измерений связаны с техническими характеристиками прибора. Отсутствие данных в приповерхностном слое является, пожалуй, главной проблемой измерений судовым ADCP. Она решается двумя способами: линейной экстраполяцией или так называемым «методом плиты», когда значения скорости в верхнем слое принимаются постоянными, равными значению на верхнем горизонте измерений.
Настоящее исследование методически основано на работе Черескин и Роемича [Chereskin, Roemmich, 1991]. Именно в ней впервые было произведено сравнение CAT, полученных из прямых наблюдений скорости ADCP, и дрейфовых течений, рассчитанных по полю ветра. Авторы указанной работы называли измеренную на разных горизонтах скорость абсолютной (Vabs) и определяли ее как сумму: геострофической составляющей (Vg) от отсчетной поверхности Href, поправкой к ней на измеренную скорость на той же поверхности (Vre{) и остаточного (суммарного) агеострофического течения (Va):
Выражение (1) позволяет получить компонент скорости, перпендикулярный разрезу. Профиль Уа служит основой для расчета суммарного агеострофического объемного переноса Ма, который находится интегрированием агеострофической скорости в слое распространения дрейфового течения и по разрезу:
О)
где Hd - глубина проникновения дрейфового течения, X, и Х2 - горизонтальные границы разреза. Дрейфовый перенос в точке (полный перенос) находился Черескин и Роемичем по соотношению
Sd=riff, (3)
где г - касательное напряжение ветра, р - плотность воды, / - параметр Кориолиса. Перенос, задаваемый (3), перпендикулярен ветру.
Существует несколько работ, использующих методику Черескин и Роемича [Wijffels et al., 1993; Saunders, King, 1995; Marin, Gouriou, 2000]. В них, как и в оригинальной статье Черескин и Роемича, найденный интегральный Ма хорошо соответствовал интегральному дрейфовому, рассчитанному по (3). Это свидетельствует о приемлемости методики и о том, что ошибки измерений и вычислений не затушевывают дрейфовый компонент, определяемый из измерений ADCP. Лучшее совпадение было обнаружено в работах, выполненных на основе измерений в районах пассатной циркуляции.
При расчете агеострофического переноса необходимо как можно точнее определить нижний предел интегрирования агеострофической составляющей скорости. Этот предел должен соответствовать H d. С высокой степенью достоверности таковой можно считать толщину перемешанного слоя Нта! приблизительно соответствующую вершине сезонного термоклина. Известно, что вязкость обратно пропорциональна стратифицированности среды, поэтому по достижении слоя скачка дрейфовое течение должно быстро затухать. Трудно сказать, насколько сильным препятствием дрейфовому сигналу является стратификация, возможно, он способен проникать достаточно глубоко в пикноклин. Многое зависит от конкретных условий: градиента плотности,
толщины пикноклина, вертикального сдвига скорости, развития двойной диффузии, гравитационных волн и других. Учет всех факторов привел бы к созданию очень сложной модели [Large et al., 1995], что выходит за рамки настоящей работы, в которой принималась гипотеза о «захвате» дрейфового течения перемешанным слоем. В пользу данной гипотезы свидетельствует то, что ограничение дрейфовой циркуляции слоем Нта наблюдалось в ходе натурных экспериментов [Assaf et al., 1970] и принимается во многих моделях течений [Davis et al., 1981; Price et al., 1986; Large et al., 1995].
Эквивалентность величин Hd и Нт1хг принимаемая в настоящей работе, связана также с тем, что изменчивость толщины перемешанного слоя в масштабах порядка одних суток в значительной степени вызвана действием ветра.
Расчет Нта по гидрологическим параметрам обычно производится установлением критической абсолютной разницы между значением выбранного параметра П на поверхности и в основании перемешанного слоя:
либо заданием критического значения градиента параметра, которое должно указывать на начало слоя скачка:
где АП - это разница величины в слое кг. В качестве параметров чаще всего используют температуру и плотность воды.
Для расчетов в работе использовано три типа данных: прямые измерения скорости течений судовым АЕ>СР, измерения температуры и солености зондом СТО, измерения скорости ветра над морской поверхностью при условии, что все
(4)
(5)
измерения выполнены единовременно. Основным источником данных служили материалы экспедиций, выполненных в рамках программы WOCE в 1991-98 гг.
Единовременные измерения скорости течений, ветра и гидрологических параметров возможны на океанологических разрезах, выполненных судами, на которых установлены акустические профилографы и метеостанции. Альтернативным источником данных скорости ветра являются наблюдения из космоса, которые производятся спутниками, оснащенными микроволновыми скаттерометрами. В работе использовались измерения спутников SSMI-6 (Special Sensor Microwave/Imager) периодичностью 12 часов и ERS-1, ERS-2 (European Remote Sensing satellite system), имеющие временное разрешение 1 неделя. Разрезы, обеспеченные данными судовых метеостанций и спутников SSMI, составили основную группу. Хорошее разрешение данных по ветру на этих разрезах позволяет выполнить модельные расчеты профилей скорости дрейфовых течений, период установления которых составляет несколько часов. Данные спутников ERS-1/2 имеют значительно худшее временное разрешение и поэтому пригодны лишь для средней оценки полного дрейфового переноса без учета структуры течений.
CTD-измерения в архиве гидрографических разрезов WOCE представляют собой вертикальные профили температуры и солености с дискретностью 1-2 м.
Измерения скорости ADCP, относящиеся к программе WOCE, имеют вид осредненных за час горизонтальных компонент (северной и восточной) абсолютной скорости в слое, ограниченном вертикальными пределами работы прибора. Пространственное вертикальное разрешение профилей скорости в большинстве случаев составляет 10 м. Измерения скорости, выполненные
российскими судами, обрабатывались автором по методике, рекомендованной в рамках программы WOCE [Firing, 1991], программным пакетом CODAS-3.
Число океанологических разрезов в Атлантическом океане, использованных в настоящей работе, составило 33. Данная цифра учитывает то, что некоторые разрезы были разделены на части по географическому признаку.
В третьей главе подробно описана методика настоящего исследования. Она включала несколько стадий. На первой стадии все исходные данные приводились к единому виду структур языка программирования Matlab, что облегчало их дальнейшую обработку. По данным скорости рассчитывались профили течений в точках, соответствующих серединам отрезков между станциями. При этом использовалось два исходных профиля, ближайших к заданной точке. Средний профиль скорости восстанавливался линейной интерполяцией. В качестве аргумента интерполяционной функции выступало расстояние от исходного профиля до заданной точки. Преимущество линейной интерполяции значений скорости над другими методами, в первую очередь крайгингом, было показано на примере расчетов по методике работы [4].
На втором этапе исследования выполнялось восстановление значений скорости течений в верхнем слое, где измерения ADCP отсутствуют. Для этого использовались два метода, описанные выше: линейная экстраполяция по двум верхним измерениям и «метод плиты».
Третья стадия исследования включала расчет глубины проникновения дрейфового течения Hd, которая считалась эквивалентной Нта. Вначале была произведена попытка рассчитать Hd по одному универсальному критерию, однако Hd! найденная подобным образом, в большинстве случаев оказалась сильно завышенной или заниженной. Таким образом, возможность получения
универсального критерия для расчета глубины Ни на всех разрезах была исключена. Возникла необходимость поиска различных критериев оценки На для каждого разреза. Это делалось путем варьирования рассчитанной по разным критериям Ил и сравнения полученных рядов глубины с рядами глубины трения .О. Корреляция этих величин служила показателем качества в определении Нл.
В результате итерационных расчетов для большинства разрезов удалось определить величины демонстрирующие высокую корреляцию с глубиной трения И. Среднее значение коэффициента корреляции между Нл и й составило около 0.6. Однако сопоставление Нл, полученной на втором этапе, с графиками распределения плотности и температуры воды в верхнем слое на использованных разрезах показало, что величины Нл иногда оказываются заниженными. В результате был сделан вывод, что лучшим методом определения глубины Я, на океанологических разрезах является экспертная оценка, предполагающая изучение каждого профиля плотности (температуры) воды на разрезе. Слой скачка в этом случае определяется визуально по перегибу профиля.
На четвертой стадии исследования производился расчет агеострофических течений по методике Черескин и Роемича. При этом варьировались разные отсчетные поверхности Нге/. Они задавались либо в виде фиксированного горизонта от 100 м до нижней границы измерений АГХИР, либо в виде горизонтов расположенных относительно глубины перемешанного слоя: Нта, Нта + 10 м и т.д. Задание широкого диапазона отсчетаых поверхностей, преследовало цель найти лучший вариант поверхности, расположенной, с одной стороны, ниже глубины проникновения дрейфового течения, а, с другой стороны, достаточно
высоко, чтобы минимизировать ошибки измерений АОСР, растущие и накапливающиеся с глубиной. В результате наиболее подходящей оказалась +10 м.
На пятом этапе исследования производился расчет дрейфовых течений по полю ветра. При этом данные, полученные судовыми метеостанциями, осреднялись за период, соответствующий V* маятниковых суток и предшествующий моменту прохождения судном середины расстояния между
{
станциями. Из данных спутникового скаттерометра Б8М1 выбирались измерения, предшествующие моменту прохождения судном середины расстояния между станциями. С учетом того, что данные 8БМ1 имеют 12-часовую периодичность, для расчетов использовались значения ветра, полученные в среднем за 6 часов до измерения скорости течений. Данные спутников ЕЯБ-Ш приводились к трехмерному массиву с осями "широта", "долгота", "время". Далее с помощью функции трехмерной интерполяции, доступной в пакете Ма^аЬ, находились компоненты скорости ветра в требуемых точках.
Применялось четыре способа расчета полного дрейфового потока :
1) по выражению (3);
2) интегрированием в перемешанном слое скорости дрейфового течения, найденной из модели Экмана; £
3) интегрированием в перемешанном слое скорости дрейфового течения, найденной из модели Мадсена;
4) интегрированием в перемешанном слое скорости дрейфового течения, найденной по численному алгоритму, предложенному автором.
На шестой стадии исследования рассчитывались средние профили скорости агеострофических и дрейфовых течений на разрезах. При этом в качестве
вертикальной координаты использовались доли Нта. Такой способ изучения структуры течений также был предложен Черескин и Роемичем [Chereskin, Roemmich, 1991].
Седьмая стадия включала расчет интегральных переносов через разрезы. На восьмой стадии рассчитывались геострофические течения. Для этого использовался динамический метод с условием задания скорости на отсчетной поверхности, которая располагалась на горизонте 200м. Далее производилось сравнение дрейфовых и геострофических переносов в перемешанном слое. Последняя стадия включала сравнение величин интегральных переносов CAT и дрейфовых переносов, рассчитанных по ветру in situ и климатической базы [Hellerman, Rosenstein, 1982].
Четвертая глава посвящена обсуждению результатов работы. В первом разделе рассматриваются результаты апробирования предложенной в работе модели дрейфовой циркуляции (численного алгоритма). При задании постоянного по глубине К и угла отклонения скорости течения от направления вектора трения у - 45° расчеты по численному алгоритму дали очень схожие результаты с расчетами по модели Экмана. Разница между глубинами трения, найденными из двух моделей, составила 0.3 м. Ощутимое расхождение между двумя эпюрами было отмечено только в самых нижних слоях, где эпюра скорости, найденная по численному алгоритму, постепенно замедляла вращение, а в районе глубины трения остановилась. Данный эффект связан с низкими значениями касательного напряжения по сравнению с силой Кориолиса. Он также может приводить к такому феномену как изменение направления разворота эпюры. В ходе расчетов удалось обнаружить это явление, но не интерпретировать его. В качестве гипотезы указанный феномен рассматривался автором как одна из возможных
причин генерации вихрей Ленгмюра, в которых отклонение скорости изменяет с глубиной знак.
С помощью созданной компьютерной программы были проведены численные эксперименты, в которых сделаны попытки учесть и стратификацию, и вертикальный сдвиг скорости, и расстояние от поверхности, и воздействие ветрового волнения. По мнению автора, проще всего это сделать, введя формулы Прандтля-Россби [Мамаев, 2001] и Доброклонского [Доброклонский, 1947] в числитель формулы Андерсона-Манка [Münk, Andersen, 1948]:
( 2 1 2 4ж N
КПП-—
--'-е я +kv,(z + z0)
18 Т 0
вд=-оП^г-' (6)
где х" - постоянная Кармана, he - высота, Я - длина, Т - период волны, v, -скорость трения в воде, z0 - параметр шероховатости, Ri - число Ричардсона.
В ходе расчетов была выявлена чувствительность численного алгоритма, главным образом, к двум факторам: углу между векторами трения и скорости течения у и вертикальному распределению коэффициента К. При небольших у дрейфовое течение вытягивалось в сторону действия ветра, медленно разворачивалось и быстро слабело. При больших К течение почти не уменьшалось с глубиной и, что характерно, сильно замедляло вращение. Малые значения К, как было наглядно продемонстрировано в расчетах с пикноклином, служат серьезным препятствием для распространения дрейфового течения вглубь: оно резко теряет скорость и стремительно разворачивается.
Во втором разделе четвертой главы приводятся результаты расчетов Нта в
Атлантическом океане. Сравнение графиков и глубины трения
рассчитанной по соотношению Экмана без множителя тг, показало высокую корреляцию этих величин на большей части разрезов. В некоторых случаях, отмеченных в основном в Северной Атлантике, Нта и D практически совпадали.
Для экваториальной зоны была выявлена закономерность, заключающаяся в увеличении Нта с востока на запад. В области высоких широт, главным образом в Южной Атлантике, Нтв иногда значительно превышал D, что указывает на .1 развитие неветровых процессов перемешивания. Зависимость Нта от широты проявлялась в увеличении последней при приближении к экватору.
Для сравнения суммарных агеострофических и дрейфовых течений, а также изучения их вертикальной структуры в настоящей работе использовалась методика, апробированная в работах [Chereskin, Roemmich, 1991; Wijffels et al., 1993; Saunders, King, 1995; Marin, Gouriou, 2000] и описанная выше. Одной из ее составляющих является построение средних по разрезу профилей скорости течений. В качестве вертикальной координаты при этом используется нормированная по Ита безразмерная глубина. Помимо кривых средней скорости, информативными являются графики интегральных переносов через разрезы.
Два типа профилей изучались на предмет расхождения суммарных агеострофических переносов, рассчитанных от двух отсчетных поверхностей HreJ и при использовании двух способов восстановления значений скорости в верхнем слое. В качестве отсчетных поверхностей были выбраны Нта + Ю м и нижний горизонт измерений ADCP. Разница между соответствующими разным Href кривыми показывает, насколько развиты агеострофические течения ниже перемешанного слоя. В результате анализа профилей было получено, что
наиболее существенные различия агеострофических течений, найденных от разных Нге/, характерны для районов пограничных течений низких широт -Гвианского, Бразильского и других.
Использование разных методов восстановления скорости в верхнем слое -«метода плиты» и линейной экстраполяции - привело к появлению двух типов кривых на графиках средней скорости CAT. Это профиль с изломом, скорость на котором, если смотреть снизу вверх, сначала возрастает, а далее сохраняется постоянной, и линейный профиль, отражающий линейное убывание скорости с глубиной. На графиках интегрального переноса структурные отличия суммарных агеострофических течений отражались не всегда. Ощутимые расхождения кривых, соответствующих разным методам восстановления значений скорости, наблюдались на трети разрезов.
Сравнение CAT с дрейфовыми течениями позволило получить ряд интересных результатов. На графиках средней скорости соответствие CAT и дрейфовых течений оказалось неудовлетворительным. Это означает, что структура агеострофических течений в перемешанном слое не может быть точно реконструирована использованными моделями дрейфовой циркуляции. Лучшее соответствие профилей дрейфовых и суммарных агеострофических течений было достигнуто при использовании численного алгоритма для расчета дрейфовой циркуляции. Это свидетельствует о том, что предложенный в настоящей работе метод способен к реалистичному моделированию дрейфовой циркуляции, однако для более правильных расчетов необходимо точное задание распределения вязкости и других входных параметров.
Из четырех типов дрейфовых переносов, которые рассчитывались в работе, лучшую сходимость с суммарным агеострофическим продемонстрировал полный
дрейфовый перенос. Она была достигнута на 20 разрезах в разных районах океана, в первую очередь в пассатной зоне.
Перенос, рассчитанный двойным интегрированием скорости дрейфовых течений, соответствовал агеострофическому хуже. В список, на которых было достигнуто данное соответствие, можно включить 13 разрезов, для 5 из которых было характерно преимущество дрейфового переноса, найденного интегрированием скорости, над переносом по соотношению (3). Эти разрезы отличались нестабильным полем ветра, и отмеченное для них соответствие суммарного агеострофического и дрейфового переносов объяснятся тем, что дрейфовые течения на этих разрезах носят неустановившийся характер.
Таким образом, согласно проведенным в работе исследованиям, дрейфовое течение разворачивается в перемешанном слое перпендикулярно ветру. Его вертикальная структура при этом существенно отличается от структуры эпюр Экмана и Мадсена. При сильной изменчивости поля ветра течение не успевает развернуться на 90° от направления ветра.
Сравнение дрейфовых и геострофических расходов, показало, что для некоторых районов Атлантического океана роль дрейфовых течений в циркуляции верхнего слоя может быть очень велика. Дивергенция равных по величине дрейфовых и геострофических переносов была обнаружена на разрезах пассатной зоны, у западного побережья Африки, в некоторых районах Южной и Северной Атлантики.
Сравнение инте1ральных переносов, полученных в настоящей работе с переносами, рассчитанными по климатическим данным, показало, что использование осредненных данных скорости ветра может приводить к
ощутимым ошибкам при оценке дрейфовой циркуляции. В первую очередь это
относится к районам океана, характеризующимся изменчивыми ветрами.
В Заключении обобщены основные выводы настоящей работы:
1) Был предложен и апробирован новый метод расчета дрейфового течения, учитывающий равновесие сил трения и Кориолиса в приповерхностном слое.
2) По данным гидрологических съемок была определена глубина распространения дрейфового течения на разрезах в Атлантическом океане.
3) На основе методики, предложенной в зарубежных работах и развитой в настоящей диссертации, удалось определить суммарные агеострофические течения на основе прямых наблюдений скорости. Было показано, что они лучшим образом соответствуют течениям, рассчитанным по выражению полного дрейфового переноса.
4) Были выявлены структурные особенности суммарных агеострофических течений, обнаружены существенные отличия вертикальных профилей скорости CAT от дрейфовых течений.
5) Сравнение дрейфовых и геострофических течений показало, что в отдельных районах Атлантического океана роль дрейфовой циркуляции в перемешанном слое может быть велика.
6) Были найдены величины дрейфового и суммарного агеострофического переносов через океанологические разрезы в Атлантике. Произведено сравнение полученных результатов с результатами расчетов по климатической базе данных.
Список опубликованных работ по теме диссертации:
1. Беседин Д.Е. Изучение дрейфовой динамики на разрезе 19-го рейса НИС "Академик Сергей Вавилов" в Южной Атлантике: Тез. докл. Школа-конференция молодых ученых с участием стран СНГ «Рациональное природопользование». - М.: МГУ, 2005. - 456 с.
2. Беседин Д.Е., Изучение циркуляции на разрезе в Южной Атлантике: Сб. статей «Фундаментальные исследования океанов и морей». - М.: Наука, 2006. - в печати.
3. Беседин Д.Е., Шаповалов С.М., Дрейфовый перенос через 60° с.ш. в Северной Атлантике: Сб. статей «Фундаментальные исследования океанов и морей». - М.: Наука, 2006. - в печати.
4. Демидов А.Н., Беседин Д.Е. Об интерполяции океанологических характеристик // Вестник Моск. ун-та. Сер. географ. - 2003. - №6. - С.
5. Демидов А.Н., Беседин Д.Е. Перенос водных масс по данным разрезов на 60° с.ш.: Мат. науч. конф. «Ломоносов-2005». http://www.geogr.msu.ru/GeoSite/docs/Demidov_Besedm.pdf.
6. Добролюбов С.А., Демидов А.Н., Беседин Д.Е. Современные океанографические исследования в Атлантическом секторе Южного океана: Мат. науч. конф. «Горизонты географии». - М.: МГУ, 2005.
7. Шаповалов С.М, Беседин Д.Е. О Геострофической и агеострофической составляющих скорости течений верхнего слоя Атлантики: Тез. докл. Всерос. науч. конф. «Фундаментальные исследования взаимодействия суши, океайа и атмосферы». - М.: МГУ, 2002 - 286 с.
8. Besedin D.E. Water circulation in the upper layer of the South Atlantic ocean // European Geosciences Union 1st General Assembly: International conference thesis. April 2004 - Nice, France - № EGU04-A-01047.
9. Besedin D.E. Research of ageostrophic transport in the Atlantic Ocean using data of past Russian cruises // European Geosciences Union General Assembly 2005: International conference thesis. April 2005 - Vienna, Austria - № EGU05-A-
22-27.
00381.
5785
Напечатано с готового оригинал-макета
Издательство ООО "МАКС Пресс" Лицензия ИД N 00510 от 01 12.99 i Подписано к печати 26.02.2006 г Формат 60x90 1/16 Услпечл 1,5 Тираж 100 JK3 Заказ Ш Тел 939-3890 Тел/Факс 939-3891 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУ им. М 8. Ломоносова, 2-й учебный корпус, 627 к
Содержание диссертации, кандидата географических наук, Беседин, Дмитрий Евгеньевич
Введение.
Глава 1. Теория дрейфовых течений и дрейфовая циркуляция вод Ф Атлантического океана.
1.1. Модель дрейфовой циркуляции Экмана.
1.2. Модель дрейфовой циркуляции Мадсена.
1.3. Геометрическое конечно-разностное построение спирали дрейфового течения при произвольно меняющейся вязкости.
1.4. Циркуляция Ленгмюра.
1.5. Динамический метод расчета течений.
1.6. Структура поля ветра и дрейфовая циркуляция вод Атлантического океана.
Ф 1.7. Обзор поверхностной циркуляции вод Атлантического океана.
I 1.8. Расчет касательного напряжения ветра и коэффициента вертикальной турбулентной вязкости на поверхности океана.
Глава 2. Методические основы диссертации. Характеристика использованных данных.
2.1. Технология измерения океанских течений.
2.2. Расчет суммарных агеострофических течений (CAT) по прямым наблюдениям скорости ADCP и дрейфовых течений по полю ветра. Обзор работ.
• 2.3. Расчет глубины распространения дрейфового течения.
2.4. Данные, использованные в работе.
Глава 3. Методика расчета суммарных агеострофических, дрейфовых и геострофических течений.
Глава 4. Анализ вертикальной структуры скоростей и переносов течений через океанологические разрезы.
4.1. Апробирование алгоритма геометрического конечно-разностного построения спирали дрейфового течения при разных формах задания вертикальной вязкости.
4.2. Расчет глубины перемешанного слоя.
4.3. Сравнение CAT с дрейфовыми течениями, рассчитанными по моделям.
4.4. Сравнение геострофического и дрейфового переносов в перемешанном слое.
4.5. Объемные расходы через разрезы суммарных агеострофических и дрейфовых течений, рассчитанные по измерениям in situ и климатическим данным.
Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Оценка дрейфовой циркуляции в Атлантическом океане"
Настоящая работа посвящена изучению дрейфовых течений в океане. Они относятся к виду движений воды, возбуждаемых ветром. Еще не так давно считалось, что напряжение ветра - это основной двигатель океанической циркуляции, однако исследования последних лет [22, 25] показали, что циркуляция в Мировом океане носит преимущественно термохалинный характер. Тем не менее, роль ветровой составляющей по-прежнему принимается важной.
Изучение ветровой океанской циркуляции имеет более чем столетнюю историю.1 Основы решения задачи о ветровых течениях были заложены В.Экманом в начале XX века. В 1902 году он опубликовал реалистичную модель чистого дрейфового течения, в которой первым учел отклоняющую силу вращения Земли на водный поток, вызываемый трением ветра об океанскую поверхность.
Важным шагом в моделировании океанской циркуляции стала работа Х.Свердрупа и полученное им соотношение (1947), выражающие баланс между завихренностью ветрового напряжения и планетарной завихренностью, вызываемой меридиональным движением. Модель Свердрупа позволяла по известному полю ротора трения ветра получать значение полного дрейфово-градиентного переноса по меридиану. Свердруповская модель получила развитие в работах Стоммела и В.Манка, включивших в баланс новые ф источники завихренности в виде трения. Стомелл выбрал в виде такого источника трение о дно, приняв его по величине пропорциональным скорости течения, а по направлению - обратным скорости. Модель Стоммела дала первое объяснение восточно-западной асимметрии поверхностной циркуляции океана: интенсификации западных пограничных течений и смещения центров антициклонических субтропических круговоротов к западу. Манк (1950)
1 Изложение истории развития моделирования ветровой циркуляции дается по [33, 37, 39] 4 заменил в своей модели трение о дно боковым трением, приблизив тем самым ее к реальности.
Дальнейшее развитие моделирования океанской циркуляции приводило к созданию все более сложных моделей. В.А.Бурков (1972) выразил полный поток массы как линейную сумму следующих составляющих: баротропной, имеющей постоянную по глубине скорость, бароклинной и чисто дрейфовой (экмановской). Величина полного потока определялась из выражения Свердрупа. Крупнейшим достижением отечественной школы моделирования течений является модель А.С.Саркисяна (1971). В модели находится рельеф океанской поверхности на основе уравнения завихренности полных потоков, учитывающего наклон дна и бароклинность. По наклону уровня и полю плотности с учетом всех членов уравнения морской гидродинамики находятся скорости на внутренних горизонтах моря.
Настоящая работа посвящена чисто дрейфовым течениям океана. Толчком к ней послужили успехи современной экспедиционной океанологии. Последние пятнадцать лет открыли новую эпоху в наблюдениях за циркуляцией Мирового океана. В этот период были произведены массовые измерения течений с помощью приборов, работающих на принципе Доплера (ADCP). Доплеровский метод измерения скорости, основанный на определении смещения частоты излучения движущегося объекта, широко применялся в других отраслях науки, и, наконец, нашел свое место в океанологии. Измерения скорости течений относительно судна синхронизуются с показаниями # спутниковой навигационной системы GPS, что позволяет получать вектора абсолютной скорости течений.
Накопленный материал по скоростям течений собран судовыми приборами и относится в основном к верхнему слою океана. В последнее время все большее распространение получают погружаемые измерители, дающие профиль скорости от поверхности до дна, но данных подобных измерений пока накоплено немного, к тому же, они не находятся в свободном доступе .
Работ, посвященных анализу измерений скорости судовыми ADCP, довольно мало. Они в основном связаны с изучением приливных процессов [74, 97], внутренних волн [66, 80], циркуляции в проливах или других небольших акваториях [84, 99, 105]. Совсем немного работ, в которых данные ADCP используются для анализа циркуляции в масштабах целого океана. Между тем, подобные исследования необходимы для лучшего понимания механизмов океанской циркуляции и уточнения модельных расчетов. Некоторые модели, которые используются для расчетов течений, не нашли до сих пор достаточного подтверждения прямыми наблюдениями скорости в океане. К ним относятся модели дрейфовых течений. В работах [67, 95, 120, 133] была предложена и развита методика расчета дрейфовых течений из прямых наблюдений скорости.
О другой стороне актуальности выбранной темы пишет известный американский океанолог Г.Чанади [70]. Она связана с тем, что верхний слой, контактирующий с атмосферой и отличающимся интенсивным вертикальным ^ перемешиванием, наиболее подвержен антропогенному загрязнению, и распространение загрязняющих веществ в нем во многом определяется дрейфовыми течениями. Понимание того, как формируются особые физические, химические и биологические характеристики перемешанного слоя также требует знания о горизонтальной циркуляции вод.
В этой связи целесообразно произвести сравнение двух основных компонентов течений в верхнем слое - дрейфового и геострофического. Сравнение геострофических и дрейфовых течений в верхнем слое океана # представляет научный и практический интерес, однако выполнялось довольно редко. Примером подобного исследования может послужить работа Ю.П. Доронина [23].
Расчет геострофических течений обычно производится по полю плотности и не учитывает постоянную по глубине баротропную составляющую скорости. Инструментальные определения скорости на отсчетной поверхности устраняют этот недостаток.
Настоящая работа основана на данных меридиональных и широтных океанских разрезов Атлантического океана и атлантического сектора Южного океана. Выбор района исследований связан с его важной ролью в деятельности человека и климате Земли, большим объемом данных измерений, полученных в ходе многочисленных научных рейсов, разнообразием географических условий региона. Немаловажным является и то обстоятельство, что Атлантический океан на сей день является сферой научных интересов России, и большинство океанских научных экспедиций Института океанологии (ИО) РАН последних десяти лет проходило именно в Атлантике.
В расчетах были использованы данные, полученные в ходе трех отечественных экспедиций, в которых принимал участие автор настоящей диссертации. Важность работы подчеркивается тем, что на протяжении долгого периода измерения скорости, выполненные на научных судах ИО РАН, не использовались, несмотря на их научную ценность. Автором работы, а также I С.М. Шаповаловым и И.Д. Лозовацким, за последние четыре года были произведены первые попытки обработать и интерпретировать эти измерения [7, 8, 9,17,21,36,51,63].
В диссертации присутствует и чисто теоретическая часть. Она связана с разработкой и тестированием алгоритма геометрического конечно-разностного построения спирали дрейфового течения, которая производилась автором работы совместно с B.JI. Лебедевым. При построении спирали используется принцип равновесия сил, действующих на слой воды в толще вод, охваченной # дрейфовым течением. Достоинством данного алгоритма, помимо его относительной простоты, является возможность произвольного задания вязкости по глубине и граничных условий.
Цель работы - сравнение суммарных агеострофических течений (CAT), полученных из прямых измерений скорости ADCP и дрейфовых течений, рассчитанных по моделям циркуляции из поля ветра; выявление роли дрейфовых и геострофических течений в верхнем слое Атлантического океана.
В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:
- Определение глубины распространения дрейфового течения по гидрологическим параметрам;
- Внедрение нового метода построения спирали дрейфового течения;
- Расчет CAT по данным измерений ADCP и дрейфовых течений по данным о поле ветра;
- Сравнение структуры и расходов CAT и дрейфовых течений на океанологических разрезах;
- Расчет геострофических течений при использовании отсчетной поверхности с известными значениями скорости;
- Сравнение геострофических и дрейфовых расходов воды через разрезы в перемешанном слое.
Основная часть диссертации состоит из четырех глав. В первой главе приводятся главные положения моделей дрейфовых течений Экмана и Мадсена. Модель Экмана, лежащая в основе современных представлений о дрейфовой циркуляции, рассматривается подробно. Модель Мадсена была выбрана как пример модели, учитывающей наблюдения, по которым угол отклонения поверхностного течения от ветра меньше экмановского.
Также в первой главе приводится: описание нового метода расчета дрейфовых течений; краткий обзор, посвященный циркуляции Ленгмюра, которая относится к особому типу движения вод, по сей день не нашедшему точного теоретического объяснения; описание динамического метода расчета течений; географическая характеристика района исследований (климатическое поле ветра и соответствующий ему полный дрейфовый поток); характеристика течений верхнего слоя. В конце главы приводится краткий обзор методик расчета касательного напряжения ветра и коэффициента вертикальной турбулентной вязкости К на поверхности океана.
Вторая глава включает в себя описание технологии измерений скорости океанских течений, обзор работ по теме исследования, раздел, посвященный расчету глубины распространения дрейфового течения, характеристику исходных данных.
В третьей главе подробно описана методика настоящего исследования, включающая первичную обработку данных, вычисление глубины распространения дрейфового течения, расчет суммарного агеострофического компонента течения из прямых наблюдений скорости, который сравнивался в работе с дрейфовым компонентом, рассчитанным по моделям.
Четвертая глава содержит обсуждение результатов. Она разбита на пять разделов. В первом подробно рассматриваются возможности применения метода расчета дрейфовых течений, предложенного в работе. Во втором приведены результаты по расчету глубины проникновения дрейфовых течений. Третий раздел посвящен сравнению суммарного агеострофического и дрейфового переносов воды через разрезы, четвертый - сравнению геострофических и дрейфовых течений в перемешанном слое. В пятом разделе анализируются величины объемных расходов воды через разрезы, полученные в работе.
Заключение Диссертация по теме "Океанология", Беседин, Дмитрий Евгеньевич
Заключение
Таким образом, можно сформулировать основные результаты проведенного исследования.
1. Был описан и апробирован новый метод расчета дрейфового течения, учитывающий равновесие сил трения и Кориолиса в приповерхностном слое - геометрическое конечно-разностное построение спирали дрейфового течения. Главным достоинством нового метода является возможность произвольного задания вязкости по глубине. Расчеты по предложенному методу при разных формах задания коэффициента вертикальной вязкости К, выявили чувствительность дрейфового течения к низким значениям К, характерным для слоя скачка плотности, и углу между векторами скорости ветра и поверхностного течения. На основе главных гипотез о турбулентности верхнего слоя предложена форма задания коэффициента вертикальной вязкости, учитывающая стратификацию, расстояние от поверхности, волнение и вертикальный сдвиг скорости дрейфового течения.
2. Выполнен расчет глубины проникновения дрейфового течения в соответствии с гипотезой о «захвате» дрейфовой циркуляции перемешанным слоем. Расчет выполнялся по вертикальному распределению плотности и температуры воды. Были произведены попытки автоматизированного расчета, однако наилучшей оказалась экспертная оценка, когда основание перемешанного слоя определялось визуально по перегибу профиля температуры или плотности воды. Обнаружено, что вертикальное изменение температуры в пределах перемешанного слоя не достаточно велико, чтобы ощутимо влиять на абсолютную величину дрейфового переноса тепла.
3. На основе методики, предложенной в зарубежных работах и развитой в настоящей диссертации, удалось определить суммарные агеострофические течения (CAT) в перемешанном слое на основе прямых наблюдений скорости ADCP. По распространенному мнению эти течения имеют преимущественно дрейфовую природу. Методика позволяет оценить агеострофические движения ниже перемешанного слоя. Они были обнаружены в разных районах Атлантического океана, в первую очередь, в области западных пограничных течений низких широт. При расчете CAT использовалось два способа восстановления значений скорости в приповерхностном слое, где измерения судовым ADCP невозможны вследствие технических особенностей прибора: линейная экстраполяция и задание постоянного значения скорости. Некоторое преимущество продемонстрировал второй способ.
4. На основе данных о поле ветра по моделям дрейфовой циркуляции были рассчитаны дрейфовые течения. Показано, что лучшим образом CAT соответствуют дрейфовые течения, рассчитанные по выражению полного потока, задающего перенос перпендикулярно направлению ветра (в отдельных случаях, в условиях сильно изменчивого ветра, данное соответствие нарушалось вследствие нестационарности дрейфовых течений). Приведенный вывод сделан на основании 33 океанологических разрезов в разных частях Атлантики и согласуется с результатами других работ. Из него следует, что дрейфовое течение действительно захватывается перемешанным слоем толщиной несколько десятков метров. При изменении толщины перемешанного слоя эпюра дрейфового течения вытягивается (сжимается) по вертикали, дрейфовый перенос при этом остается перпендикулярным ветру.
5. Средние по разрезам профили скорости CAT показали плохое соответствие профилям скорости дрейфовых течений, найденных по моделям Экмана, Мадсена и предложенному в работе геометрическому алгоритму расчета дрейфовой циркуляции. Это означает, что структура агеострофических течений в перемешанном слое не может быть точно реконструирована перечисленными моделями дрейфовой циркуляции.
6. Сравнением дрейфовых и геострофических переносов воды показано, что роль дрейфовых течений в циркуляции перемешанного слоя может быть очень велика. Для ряда разрезов, расположешшх в пассатной зоне, Южной
Атлантике и у западного побережья Африки, была зарегистрирована дивергенция дрейфовых и агеострофических течений в верхнем слое океана. Настоящее исследование отличает то, что при расчете геострофических течений использовалась отсчетная поверхность с известными значениями скорости.
7. Оценка объемных расходов CAT и дрейфовых течений, найденных по данным in situ, показала, что реальный агеострофический перенос в верхнем слое океана может отличаться от переноса, найденного по средним климатическим данным. В первую очередь, это касается районов, характеризующихся неустойчивым полем ветра.
Благодарности
Автор диссертации выражает благодарность B.JI. Лебедеву и С.М. Шаповалову, а также всем, оказывавшим ему поддержку в ходе работы над диссертацией и участия в научных экспедициях.
Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Беседин, Дмитрий Евгеньевич, Москва
1. Ариэль Н.З., Сгрокииа JI.A. Динамическая скорость и касательное напряжение у поверхности Мирового океана // Метеорология и гидрология. 1982. - №7. - С. 59-64.
2. Архипкин B.C. Алгоритмы и программы на Фортране по обработке океанологической информации. М.: Изд-во Моск. ун-та. - 1992. - 82 с.
3. Атлас океанов: Т. 2. Атлантический и Индийский океаны / Под ред. С.Г. Горшкова. JL: Главное управление навигации и картографии Министерства обороны СССР, 1977.
4. Белкин И.М. Методы анализа вертикальных профилей гидрофизических параметров // Труды ВНИИГМИ-МЦД. 1981. - Вып. 90. - С. 60-70.
5. Белкин И.М. Морфолого-статистический анализ стратификации Мирового океана. JL: Гидрометеоиздат, 1991. - 134 с.
6. Беркович JI.B., Тарнопольский А.Г., Шнайдман В.А. Гидродинамическая модель атмосферного и океанического пограничных слоев // Метеорология и гидрология. 1997. - №7. - С. 40-52.
7. Беседин Д.Е. Изучение дрейфовой динамики на разрезе 19-го рейса НИС "Академик Сергей Вавилов" в Южной Атлантике: Тез. докл. Школа-конференция молодых ученых с участием стран СНГ «Рациональное природопользование». М., 2005. - 456 с.
8. Беседин Д.Е., Изучение циркуляции на разрезе в Южной Атлантике: Сб. статей «Фундаментальные исследования океанов и морей». М.: Наука, 2006. - в печати.
9. Беседин Д.Е., Шаповалов С.М., Дрейфовый перенос через 60° с.ш. в Северной Атлантике: Сб. статей «Фундаментальные исследования океанов и морей». М.: Наука, 2006. - в печати.
10. Богданова А. К., Толмазин Д.М. О перемешивании вод верхнего и нижнего течений в Босфоре // В сб.: Динамика вод и вопросы гидрохимии Черного моря. Киев: «Наукова думка», 1967. - С. 14-25.
11. И. Богуславский С.Г., Еремеев В.Н., Жоров В.А., Новоселов А.А. Исследования динамики сероводородной зоны Черного моря // Мор. гидрофиз. журнал. 1986. - №6. - С. 52-60.
12. Богуславский С.Г., Котовщиков Б.Б. Формирование современного поля солености Черного моря // Океанология. 1984. - Т. 24., вып. 3. - С. 410416.
13. Богуславский С.Г., Ломанов Ю.П. Влияние устойчивости на вертикальный обмен в океане // В сб.: Морские гидрофизические исследования. 1971. - №4. - С. 34-44.
14. Бурков В.А. Общая циркуляция Мирового океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1980.-256 с.
15. Гулев С.К. Взаимодействие океана и атмосферы на различных пространственно-временных масштабах: Дис. докт. географ, наук М., 1996.-220 с.
16. Демидов А.Н., Беседин Д.Е. Об интерполяции океанологических характеристик // Вестник Моск. ун-та. Сер. географ. 2003. - №6. - С. 2227.
17. Демидов А.Н., Беседин Д.Е. Перенос водных масс по данным разрезов на 60° с.ш.: Мат. науч. конф. «Ломоносов-2005». -http://www.geogr.msu.ru/GeoSite/docs/DemidovBesedin.pdf.
18. Дитрих Г. Общая океанография. М.: Изд-во иностранной литературы, 1962.-466 с.
19. Доброклонский С.В. Турбулентная вязкость в поверхностном слое моря и волнение // Докл. АН СССР. 1947. - Т. 58, № 7.
20. Добролюбов С.А., Гангнус И.А., Демидов А.Н., Запотылько B.C. Долгопериодная изменчивость глубинных вод и меридиональная циркуляция Северной Атлантики // В сб.: Актуальные проблемы океанологии. М.: Наука, 2003. - С. 502-513.
21. Добролюбов С.А., Демидов А.Н., Беседин Д.Е. Современные океанографические исследования в Атлантическом секторе Южного океана: Мат. науч. конф. «Горизонты географических открытий. К 100-летию К.К. Маркова», -М.: МГУ, 2005. С. 251-258.
22. Добролюбов С.А., Лаппо С.С., Лебедев В.Л. Основные концепции современной океанологии // Вестник Моск. ун-та. Сер. географ. 2005. -№1.- С. 98-108.
23. Доронин Ю.П. Динамика океана,- Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 304 с.
24. Доценко С.Ф. К вопросу о дрейфовом течении в океане при произвольном изменении вязкости с глубиной // В сб. «Морские гидрофизические исследования». №1. - С. 81-89.
25. Иванов Ю.А., Лебедев К.В. Модельные исследования оценки вклада ветровых течений в общую циркуляцию Мирового океана // Океанология.• 2003. - Т. 43, №6. - С. 827-833.
26. Калацкий В.И. Моделирование вертикальной термической структуры деятельного слоя океана. JL: Гидрометеоиздат, 1978. - 216 с.
27. Китайгородский С.А. О коэффициенте вертикального турбулентного обмена в море // Известия АН СССР. Сер. геофиз. 1957. - №9. - С. 11181132.
28. Китайгородский С.А. Физика взаимодействия атмосферы и океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. - 284 с.
29. Колесников А.Г. К использованию данных по распределению кислорода для определения интенсивности вертикального обмена в океане //• Океанология. 1963. - Т. 3, вып. 2. - С. 260-270.
30. Колесников А.Г., Иванова З.С., Богуславский С.Г. О влиянииустойчивости на интенсивность вертикального переноса в Атлантическом океане // Океанология. 1961. - Т. 1., вып. 4. - С. 592-599.
31. Коровин В.П. Зарубежные технические средства в океанологии. СПб, РГГМИ.- 1994.-196 с.
32. Лайхтман Д.Л. Динамика пограничных слоев атмосферы и моря с учетом взаимодействия и нелинейных эффектов // Изв. АН СССР. Сер. физ. атм. и океана. 1966. - Т. 2, №10. - С. 1017-1025.
33. Лебедев В.Л. Введение в теорию морских течений. М.: Издательство Московского университета, 2004. - 128 с.
34. Лебедев В.Л. Граничные поверхности в океане. М.: Издательство Московского университета, 1986. - 192 с.
35. Лозовацкий И.Д., Шаповалов С.М. Параметризация толщины верхнего квазиоднородного слоя по измерениям в Северной Атлантике // Океанология. 2006. - в печати.
36. Лозовацкий И.Д., Шаповалов С.М., Руже Е. Агеострофическая динамика верхнего слоя океана: Измерения на трансатлантическом разрезе вдоль 53° с.ш. // Океанология. 2006. - Т. 46, № 1. - С. 1-9.
37. Мамаев О.И. Физическая океанография. Избранные труды. М.: Издательство ВНИРО, 2000. - 366 с.
38. Монин А.С., Красницкий В.П. Явления на поверхности океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1985 - 376 с.
39. Нейман Г. Океанские течения: Пер. с англ. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. -258 с.
40. Озмидов Р.В., Попов Н.И. К изучению вертикального водообмена в океане по данным о распределении в нем стронция-90 // Физика атмосферы и океана. 1966. - Т. 2, №2. - С. 183-190.
41. Соловьев А.В., Вершинский Н.В. о тонкой термической структуре поверхностного слоя океана // Доклады АН СССР. Сер. геофиз. 1978. - Т. 240,№5.-С. 1066-1069.
42. Стоммел Г. Гольфстрим. Физическое и динамическое описание: Пер с англ. -М.:, 1963.
43. Субарктический фронт северо-западной части Тихого океана / Под ред. Булгакова Н.П. Владивосток, 1972.
44. Тарнопольский А.Г., Шнайдман В.А. Моделирование взаимодействующих атмосферного и океанского пограничных слоев // Метеорология и гидрология. 1984. - № 5. - С. 48-56.
45. Тарнопольский А.Г., Шнайдман В.А. Усовершенствованная модель планетарного пограничного слоя атмосферы // Метеорология и гидрология. 1979.-№Ю.-С. 14-22.
46. Тужилкин B.C. Временная изменчивость термической структуры вод деятельного слоя (ДС) как результат взаимодействия океана и атмосферы //
47. В сб.: Взаимодействие океана с окружающей средой / Под ред. А.И. Дуванина. М.: Изд. Моск. ун-та, 1983. - С. 61-78.
48. Цикунов В.А. О коэффициенте турбулентной вязкости в верхнем слое моря // Тр. Гос. океаногр. ин-та. 1954. - вып. 27.
49. Фельзенбаум А.И. Косвенный метод определения коэффициента Щ вертикального обмена в мелком море в зависимости от его глубины,скорости ветра и вертикальной координаты // Тр. Ит-та океанологии АН СССР. 1956. - Т. 19. - С.46-56.
50. Филюшкин Б.Н. Термические характеристики верхнего слоя воды в северной части Тихого океана // Океанологические исследования. 1968. -№ 19.-22-69.
51. Шулейкин В.В. Физика моря. М.: Наука, 1968. - 1084 с.
52. Шулейкин В.В. Уточненный расчет ветровых волн заданной обеспеченности // Изв. АН СССР. Сер. геофиз. 1963. - №1. - С. 156-168.
53. Шумилов А.В., Косарев А.Н., Лебедев В.Л. Процессы обмена на границе океан-атмосфера. М.: Издательство Московского университета, 1973. -206 с.
54. Якушев Е.В., Беседин Д.Е., Лукашев Ю.Ф., Часовников В.К. О подъеме верхней границы анаэробной зоны Черного моря в поле плотности в 19992000 гг. Океанология. - 2001. - Т. 41, №5 - С. 686-691.
55. An international research programme on CLImate VARiability and 9 predictability, -http://www.clivar.org.
56. Assaf G., Gerard R., Gordon A.L. Some mechanisms of oceanic mixing revealed in aerial photographs // J. Geophys. Res. 1971. - Vol. 76, №27. - P. 6550-6572.
57. Atlantic Hydrographic Data. http://whpo.ucsd.edu/whpoatlantic.htm.
58. Bathen K.H. On the seasonal changes in the depth of the mixed layer in the• North Pacific Ocean // J. Geophys. Res. 1972. - Vol. 77, № 36. - P. 71387150.
59. Besedin D.E. Water circulation in the upper layer of the South Atlantic ocean // European Geosciences Union 1st General Assembly: International conference thesis. April 2004 Nice, France - № EGU04-A-01047.
60. Besedin D.E. Research of ageostrophic transport in the Atlantic Ocean using data of last Russian cruises // European Geosciences Union General Assembly 2005: International conference thesis. April 2005 Vienna, Austria - № EGU05-A-00381.
61. Brainerd К. E., Gregg M.C. Surface mixed and mixing layer depth // Deep-Sea• Res. I 1995. - Vol. 42, № 9. - P. 1521-1543.
62. Chereskin Т.К. Direct evidence for an Ekman balance in the California current
63. J. Geophys. Res. 1995.-Vol. 100,№C9.-P. 18261-18269.
64. Chereskin Т.К., Levine M.D., Harding A.J., Regier L.A. Observation of near-inertial waves in acoustic Doppler current profiler measurements made during the mixed layer dynamic experiment // J. Geophys. Res. 1989. - Vol. 94, № C6.-P. 8135-8145.
65. Chereskin Т. K., Roemmich D. A comparison of measured and wind-driven Ekman transport at 11°N in the Atlantic Ocean // J. Phys. Oceanogr. 1991.• Vol. 21.-P. 869-878.
66. CODAS ADCP Processing documentation. http://currents.soest.hawaii. edu/docs/adcpdoc/index.html.
67. Cokelet E.D., Schall M.L., Dougherty D.M. ADCP-referenced geostrophic circulation in the Bering sea basin // J.Phys. Oceanogr. 1996. - Vol. 26. - P. 1113-1128.
68. Csanady G.T. Frictional currents in mixed layer at the sea surface // J. Phys. Oceanogr. 1972. - Vol. 2. - P. 498-508.
69. Davis R.E., de Szoeke R., Halpern D., Niiler P. Variability in the upper ocean during MILE. Part I: The heat and momentum balances // Deep-Sea Res. 1981. -Vol. 28.-P. 1427-1452.
70. Davis R.E., de Szoeke R., Niiler P. Variability in the upper ocean during MILE. Part II: Modeling the mixed layer response // Deep-Sea Res. 1981. -Vol. 28. - P. 1453-1475.
71. Ekman V. W. On the influence of the earth's rotation on ocean-currents // Arkiv for matematik, astronomi och fysik. 1905. - Vol. 2, № 11. - P. 13-53.
72. Erofeeva S.Y., Padman L., Egbert G. Assimilation of ship-mounted ADCP data for barotropic tides: application to the Ross Sea. // J.Atmos. Oceanic Technol. 2005. - Vol. 22, № 6. - P. 721-734.
73. Faller A.J., Woodhook A.H. The spacing of windrows of sargassum in the ocean // J. Mar. Res. 1964. - Vol. 22. - P.22-29.
74. Farmer D., Li M. Patterns of Bubble Clouds organized by Langmuir Circulation //J.Phys. Oceanogr. 1995. - Vol. 25, №. 6. - P. 1426-1440.
75. Firing, E. Acoustic Doppler current profiler measurements and navigation // WHPO Report 91-1, WOCE Report 68191. 1991. - 24 p.
76. Goldenberg S.B., O'Brien J.J. Time and space variability of tropical Pacific wind stress //Mon. Wea. Rev. 1981. - Vol. 109. - P. 1190-1207.
77. Gomis, D., Ruiz S., Pedder M.A. Diagnostic analysis of the 3D ageostrophic circulation from a multivariate spatial interpolation of CTD and ADCP data // Deep-Sea Res. I 2001. - Vol. 48. - P. 269-295.
78. Goncharov V.V., Gorbatskii V.V., Sabinin K.D. Internal waves in a homogeneous sea // Izvestiya, Atmos. and oceanic physics. 2003. - Vol. 39. -P. S62-S68.
79. Griffiths G. Using 3DF GPS Heading for Improving Underway ADCP Data // J.Atmos. Oceanic Technol. 1994. - Vol. 11, № 4. - P. 1135-1143.
80. Hall, M. M., Bryden H. L. Direct estimates and mechanisms of ocean heat transport // Deep-Sea Res. 1982. - Vol. 29. - P. 339-359.
81. Hellerman S., Rosenstein M. Normal monthly wind stress over the word ocean with error estimates // J.Phys. Oceanogr. 1983. - Vol. 13. - P. 1093-1104.
82. Heywood K.J., Sparrow M.D., Brown J., Dickson R.R. Frontal structure and Antarctic Bottom Water flow through the Princess Elizabeth Trough Antarctica // Deep-Sea Res. I 1999. - Vol. 46. - P. 1181-1200.
83. Hunkist K. Ekman drift currents in the Arctic Ocean // Deep-Sea Res. 1966. -Vol. 13.-P. 607-620.
84. Щ 86. Joint Archive for Shipboard ADCP. http://ilikai.soest.hawaii.edu/sadcp.
85. Joint Archive for Shipboard ADCP: What is the data quality? -http://ilikai.soest.hawaii.edu/sadcp/v3/sadcp/htmfiles/doc/quality.htm
86. Joyce. T.M. On In Situ "Calibration" of Shipboard ADCPs // J.Atmos. Oceanic Technol. 1989. - Vol. 6, № 1. - P. 169-172.
87. Kelly K.A., Qiu B. Heat flux estimates for the Western North Atlantic. Assimilation of satellite data into a mixed layer model // J.Phys. Oceanogr. -1995. Vol. 25. - P. 2344-2360.
88. Langmuir I. Surface motion of water induced by wind // Science. 1938. -Vol. 87, №2250.-P. 119-123.
89. Щ 91. Large W.G., McWilliams J.C., Doney S.C. Oceanic vertical mixing: a reviewkl and a model with a nonlocal boundary layer parameterization // Rev.
90. Geophysics. 1994. - Vol. 34, № 3. - P. 363-403.
91. Large W.G., Pond S. Open ocean momentum flux measurements in moderate to strong winds // J.Phys. Oceanogr. 1981. - Vol. 11. - P. 324-336.
92. Lentz S.J. The surface boundary layer in coastal upwelling regions // J.Phys. Oceanogr. 1992. - Vol. 22. - P. 1517-1537.
93. Madsen O.S. A realistic model of the wind-induced Ekman boundary layer // J.Phys. Oceanogr. 1977. - Vol. 7. - P. 248-255.
94. Marin F., Gouriou Y. Heat fluxes across 7°30'N and 4°30'S in the Atlantic
95. Ocean // Deep-Sea Res. I. 2000. - Vol. 47. - P. 2111-2139.
96. Martin P.J. Simulation of mixed layer at OWS November and Papa with several models // J.Geophys. Res. 1985. - Vol. 90. - P. 903-916.
97. Marsden R.F., Greenwood K.C. Internal Tides Observed by an Acoustic Doppler Current Profiler // J.Phys. Oceanogr. 1994. - Vol. 24, № 6. - P. 1097-1109.
98. Mayer D., Weisberg R. A Description of COADS Surface Meteorological fields and the implied Sverdrup transport for the Atlantic ocean from 30°S to 60°N. //J.Phys. Oceanogr. 1993. - Vol. 23. - P. 2201-2221.
99. Meinen C.S., Watts D.R., Clarke R.A. Absolutely referenced geostrophic velocity and transport on a section across the North Atlantic Current // Deep-Sea• Res. I. 2000. - Vol. 47. - P. 309-322.
100. Morgan P. Seawater Library. Version 1.2d, 1994.
101. Munk W.H., Anderson E.R. Notes on a theory of the thermocline. J.Mar. Res. - 1948. - Vol. 7. - №3. - P. 276-295.
102. National Climatic Data Center. http://www.ncdc.noaa.gov.
103. Niiler P. The World Ocean surface circulation // In: Siedler, G., Church, J., Gould, J. (Eds.), Ocean Circulation and Climate, International Geophysics Series. Academic Press: New York. - Vol. 77. - P. 193-204.
104. Padman L., Dillon T.M. Turbulent mixing near the Ermak Plateau during the Coordinate Eastern Arctic Experiment // J.Geophys. Res. 1991. - Vol. 96. - P. 4769-4782.
105. Philander S.G.H., Gu D., Lambert G., Li Т., Halpern D., Lau ф N.C., Pacanowski, R.C. Why the ITCZ Is Mostly North of the Equator // Journalof Climate. 1996. - Vol. 9, № 12. - P. 2958-2972.
106. Pollard R.T., Read J.F. A method of calibrating acoustic Doppler current method profiler and the limitation of gyrocompass // J.Atmos. Oceanic Technol. 1989. - Vol. 6, № 6. - P. 859-865.
107. Price J.F., Weller R.A., Pinkel R. Diurnal cycling: Observations and models of the upper ocean response to diurnal heating, cooling and wind mixing // J.Geophys. Res. 1986. - Vol. 91. - P. 8411-8427.
108. Price J.F., Weller R.A., Schudlich R.R. Wind-driven ocean currents and Ekman transport // Science. 1987. - Vol. 238. - P. 1534-1538.
109. Qiu В., Huang R.X. Ventilation of North Atlantic and North Pacific: Subduction versus obduction // J.Phys. Oceanogr. 1995. - Vol. 25. - P. 23742390.
110. Qu P. Mixed layer heat balance in the western North Pacific // J.Geophys. Res. 2003. - Vol. 108. - P. 35-1 - 35-13.
111. RD Instruments. A Teledyne technology company. -http://www.rdinstruments.com.
112. Remote sensing systems' database for satellite microwave radiometers, scatterometers and sounders. Remote Sensing Systems' SeaWinds on QuikSCAT Orbit Wind Vector Data, 2006. ftp ftp://ftp.ssmi.com.
113. Research vessel surface meteorology data center. -http ://www. coaps. fsu.edu/RVSMDC/html/data. shtml
114. Rossby C.G. A generalization of the theory of the mixing length with application to atmospheric and oceanic turbulence // Pap. Phys. Oceanogr., Meteorol. 1932. - Vol. 1, №4.
115. Rossby C.G., Montgomery R.B. The layer of frictional influence in wind and ocean currents //Pap. phys. Oceanogr. Meteorol. Vol. 3. - P. 1-101.
116. Rudnick D.L., Weller R.A., Observation of superinertial and near-inertial wind-driven flow//J.Phys. Oceanogr. 1993. - Vol. 23. - P. 2351-2359.
117. Saunders P.M., King B.A. Oceanic fluxes on the WOCE A11 Section // J.Phys. Oceanogr. 1995. - Vol. 25. - P. 1942-1958.
118. Saunders P.M., King B.A. Bottom currents derived from a shipboard ADCP on WOCE cruise A11 in the South Ocean // J.Phys. Oceanogr. 1995. - Vol. 25. -P. 329-347.
119. Schlitzer R. Ocean Data View 5.7, 2002.
120. Schneider N., Muller P. The meridional and seasonal structures of the mixed-layer depth and its diurnal amplitude observed during the Hawaii-to-Tahiti Shuttle Experiment//J.Phys. Oceanogr. 1990. - Vol.20. - P. 1395-1404.
121. Smith S.D. Coefficient of sea surface wind stress, heat flux, and wind profiles as a function of wind speed and temperature // J.Geophys. Res. 1988. - Vol. 93, № C12. - P. 15467-15472.
122. Steward R.W., Grant H.L. Determination of the rate of dissipation of turbulent energy near the sea surface in the presence of waves // J.Geophys. Res. 1962. - Vol. 67, №8.
123. Stramma L., Cornillon P., Weller R.A., Price J.F., Briscoe M.G. Large diurnal sea surface temperature variability: Satellite and in situ measurements // J.Phys. Oceanogr. 1986. - Vol. 16, № 5. - P. 827-837.
124. The ERS mission. http://www.ifremer.fr/cersat/en/general/satellites/ers/ program.htm.
125. The World Ocean Circulation Experiment (WOCE) 1990-2002. -http://www.woce.org
126. Tompson R. Climatological models of the surface mixed layer of the ocean // J.Phys. Oceanogr. 1976. - Vol. 6. - P. 496-503.
127. Wagner R.G. Decadal scale trends in mechanism controlling meridional sea surface temperature gradients in the Atlantic // J.Geophys. Res. 1996. - Vol. 101.-P. 16683-16694.
128. Weller R.A., Fischer A.S., Rudnick D.L., Eriksen C.E., Dickey T.D., Marra J., Fox C., Leben R. Moored observation of upper ocean response to the monsoon in the Arabian Sea during 1994-1995 // Deep-Sea Res. II 2002. - Vol. 49. - P. 2231-2264.
129. Weller R.A., Plueddemann A.J. Observation of the vertical structure of the oceanic boundary layer//J. Geophys. Res. 1996. - Vol. 101. - P. 8789-8806.
130. Weller R.A., Price J.F. Langmuir circulation within the oceanic mixed layer // Deep-Sea Res. 1988. - Vol. 35, № 5. - P. 711-747.
131. Wijffels S. E., Firing E., Bryden H. L. Direct observations of the Ekman Balance at 10°N in the Pacific // J.Phys. Oceanogr. 1994. - Vol. 24. - P. 16661679.
132. Yelland M., Taylor P.K. Wind stress measurements from the open ocean. // J.Phys. Oceanogr. 1996. - Vol. 26. - P. 541-558.
- Беседин, Дмитрий Евгеньевич
- кандидата географических наук
- Москва, 2006
- ВАК 25.00.28
- Океанологические условия в районе северной части Срединно-Атлантического хребта и распределение глубоководных рыб
- Моделирование циркуляции океана и исследование его реакции на короткопериодные и долгопериодные атмосферные воздействия
- Циркуляция вод и меридиональный перенос тепла в юго-восточной части Индийского океана
- Гидрология фронтальных зон Мирового океана
- Диагноз и моделирование внутрисезонной изменчивости аномалий температуры поверхности Атлантического океана