Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Пространственно-временная структура внутренних приливов на фоне океанских динамических образований синоптического масштаба

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Пространственно-временная структура внутренних приливов на фоне океанских динамических образований синоптического масштаба"

¡'¿'Э^УО

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ГЙДРОЖЕОРОЛОШ! . ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СШНОГРАФИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На прагах рукописи

КАПУСЕНКО ИЛЛАРИОН ИЛШЩОРОВЩ %

УЖ< 551.466.88.

ПРОСТРАНСТВЕННО-БРЕШНАЯ СТРУКТУРА ВНУТРЕННИХ ПРИЛИВОВ НА. ФОНЕ ОКЕАНСКИХ ДИНАМИЧЕСКИХ ОБРАЗОВАНИЙ СИНОПТИЧЕСКОГО МАСШТАБА

11.00.08 - океанология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени кзддядата физико-математических наук

ШСКВА - 1990

Работа выполнена в Одесском отделения Государственного океанографического института

Научный руководитель: кандидат географических наук, доцент А.Е. Филонов

Официальные оппоненты:доктор физико-математических наук

Ведущая' организация: Московский Государственный университет им. М.В. Ломоносова, географический факультет

в "/У" чао. '#¡¿7" мин. на заседании специализированного совета К.024.02.01 в■Государственном океанографическом институте (119838, ГШ, МОСКВА, Г-34, Кропоткинский пер., 6)

С диссертацией можно ознакошться в библиотеке Государственного океанографического института.

Автореферат разослан " ¿^"2^ :1990 г, '

Учеиий секретарь специализированного. соЕвта, кандидат физико-математических

И.Д. Лозовацкай;

кандидат географических наук, старший научный сотрудник В.Н. Большаков

Завдта диссертации состоится " £ 1990 г.

'дагсгге, яглтеш

. - с

1 тдел хертаций

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Работа посвящена исследованию особенностей пространственно-временной структуры внутренних приливных волн на ц-оне океанских динамических образований синоптического масштаба.

Актуальность работа. Согласно современнш представлений!.!, доминирующий вклад в энергетику колебаний инврционно-гравитаци-онного диапазона частот вносят внутренние грагихационнда волны. В силу того, что внутренние волны существуют практически во всем слое океанских вод от поверхности до дна, они оказывают существенное влияние на динамику океана ч целом, и, следовательно, их изучение имеет Еажное значение при решении р. .да прикладных задач. В последние года в связи с возрастающим интересом к проблеме добычи твердых полезных ископаемых оп дна океана, появилась необходимость определения флуктуации гидродинамических нагрузок, обусловленных внутренними волнами, на отдельные узлы добывающего комплекса.

^йогочисленные наблюдения при помощи различных измерительных систем показали, что в некоторых случаях-приливные внутренние волны еносят основной вклад в изменчивость поля скорости течений. Например, вклад бароюшших полусуточных приливов в общую дисперсию колебаний ияерционяо-грамтационного диапазона частот (по материалам эксперимента Полигон-70) достигал 45 - 55$. (Большаков, Сабинин, 1983). При этом скорости среднего переноса были сравнимы-и даже меньше скоростей полусуточных приливных течений. Несмотря на целенаправленные исследования,'теоретические схемы, описывающие состояние поля бароклинных прилпЕов в приложении к реальному океану еще далеко от оггашалыик, а натурные наблюдения, до сих пор технически слокнн, что определяет

их фрагментарный характер.

Одной из наиболее важных задач, рслаемых экспериментальными исследованиями в океане, отлается изучение отклонений результатов натурных дабжщений за океанскими Сароялинннгли приливами от климатического сортояняя волнового поля, удовлетворительное описание которого удалооь получить лишь для Атлантического океана. Таким образом, основные усилия в этоа области океанологии направлены на изучение особенностей нестаидонарнооти и неоднородности флуктуавдй, обусловленных внутренними приливными волнами, тем Солее, что влияние океанских синоптических вихрей и меандров крупномасштабных течений на энергетическое состояние и пространственную структуру бароклинных приливов изучено далеко не полно.

Цель работы - исследование нестационарного и неоднородное состояния поля внутренних полусуточных волн на фоне океанских вихревых структур синоптического масштаба - связана, правде всего, с практической необходимостью определения флуктуаций та, родинамических нагрузок, обусловленных бэроклиннкми приливами, на отдельные узлы и участи! добывающего комплекса. В конкретны задачи работы входило:

- установить особенности влияния синоптической изменчивое ти океана на энергетическое состояние поля внутренних нриллвнь ноли по результатам наблюдений за временной изменчивостью температуры воды на автономных буйковых станциях (АБС). Установи! особенности флуктуаций течений на приливных частотах по матеря злам наблюдений за скоростью горизонтальных течений на АБС;

- оценить особенности пространственного распределения эш готических характеристик бароклишшх приливов в зависимости с конкретной фоновой гидродинамической ситуации, определяемой и резьи; образованиями синоптического ыаоатаба;

- определить масштабы горизонтальной и вертикальной когерентности и исследовать их эволюцию на фоне океанской синоптической изменчивости;

- оценить пространственные характеристики внутренних приливных ноли (горизонтальная и вертикальная проекции волнового вектора, направление распространения) и их трансформацию на.

оне океанских динагшческих образований синоптического масштаба.

Фактический матерная. Для решения доставленных задач ис-пользовалноь материалы, подученные по наблюдениям с "судов ГОИНа,-ДВШИН, Производственного Объединения "йшоргеология" в рамках проекта. "Абиссаль" с 1986 по 1989 гг., в том числе полученные при непосредственном участии автора (НШ1 "Георгий УыакоЕ", 1986, 1989; НИШ "Волна", 1987). Экспедиционные работы внполня-. лись в северо-восточной части тропической зоны Тихого океана но тихоокеанском испытательном полигоне.

Научная новизна работы определяется следующим:

- проведенз адаптация методов Еекторно-алгебраического анализа векторных океанографических рядов для исследования внутренних гравитационных волн по .материалам наблюдений за скоростью течений; -

- получены оценки пространственно-временных параметров внутренних полусуточных волн в малоисследованном районе ¡'Дарового океана; •

- приводятся новые факты, подтверждающие существование взаимного энергообмена мепду полем бароклинных полусуточных приливов и океашкамй. вихревыми структурами синоптического масштаба, сделан вывод о влиянии пространственных параметров вахрезы:: образований на ннтенсифзкахцга полусуточных волн. На различи*« экспериментальных фактах показана трансформация вщтрйгллх ¡трм-лишшс волн на. фоне оииошгическоЦ изменчивости годроСязичгас-гу.

полей; '

- разработана методика расчета модуля горизонтальной проекции волнового вектора по материалам, синхронных наблюдений за скоростью течений и гидродана:лическяи давлением е одной тощее ■■ пространства.

Практическая ценность работы соатоит в том, что полученные оценки пространственно-временной структуры внутренних полусуточных' волн дозволяют определить гидродинамические нагрузка, необходимые при проектировании и безопасной эксплуатации гидротехнических соорукений. Разработанная методика оценивания горизонтального волнового вектора по наблюдения«! е одной точке позволяет существенно упростить процедуру получения информации о пространственной структуре волнового поля. ' .

' Апообаиая работы. Результаты диссертации докладывались на семинарах лаборатории тучш-методичеаких исследований Одесского отделения ГОШ (1986,- IS9Q гг.), на итоговых сессиях Одесской секции Ученого совета ГОШ (1987, 1988), семинарах отдела океанографии ГОИНа (1986), на семинарах "Статистические метода в океанологии" кафедры океанологии Одесского щцроштеоредогичес-кого института (1988, 1990), на конференциях молоднх ученых Одесского отделения ГОШ (1987, 1988), на Всесоюзной школе "Технические средства и методы доследования ¡Лирового океана" (1987), на 1У Всесоюзной научно-технйческой конференции "Вклад молодых ученых а специалистов в решении современных проблем ■океанологии и гидробиологии" (1989).

По теме диссертации опубликовано 8 работ. Структура и объем работы.'Диссертация состоит из Еведешя, • пяти глав, заключения и спиока литературы, вюточащэго 121 иан-..шиоваше. Диссертация содержит страниц машиноп.,сного текста, 35 рисунков, 7 та'блиц.

СОДЕШНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования, его практическое значение, научная новизна работы и основные положения, которые выносятся на защиту.

В главе I рассматривается современное состояние изученности поля бароклинных прилийннх волн в океане.

Качественный анализ структуры по-я внутренних волн в при- " сутстЕИИ низкочастотных (синоптических) течений показывает, что роль фоновых динамических факторов весьма значима в процессах, определяющих пространственно-временные характеристики еол-нового поля (Суворов, 1983). Нссгадионарность и неоднородность динамического состоя1ШЯ океана вносят существенны!! вклад в трансформацию энергии внутренних волн. Взаимодействие еолноенх процессов, в инерционно-гравитацдонном диапазоне частот с вертикаль-' нши и горизонтальными неоднородностяш поля низкочастотных то- . чений является, по-видимому, определяющим фактором' а процессах захЕата, трансформации и поглощения энергии-внутренних гравита- ' ционных волн.

Особая роль в дананике поля внутренних волн отводится гра-диентно-гихревш силам, обусловленных кривизной профиля крупномасштабных течений. Гак, наблюдаемое в зона вихря поглощение волн связано с'областью, где частота круговой гармоники с учетом сдвига Допилера, равна частоте Вяйсяля-Еректа (Охотников, Слвтотев, 1981).' Здесь в результате взаимодействия происходит насыщение спектра низкочастотных внутренних волн (приливши* в том числе), в результате чего они.разрушаются и генерируя? короткопериодные волны {/?и1е/гз1з//1, , 198<3)'. Передача

анергии к прилганы.; внутренним волнам в зоне вихрч сузвстяеииа

да волн с высокими номерами мод. Доказательством сущеотЕова-1шя такого энергообмена может слупить, например, корреляцдя мекду волновыми напряжениями и горизонтальными сдвигами фоновых течения ( Зпзап , ¿/кепя , 1981). При исследованиях охой проблемы используются теоретические схемы, основанные на гипотезе о локальном балансе между источником и стоком энергии внутрен- .' них волн низших мод и каскадной передаче по спектру анергии к высшим мода;,]. При этом поток энергии направлен как от поля средних течении к волновому полю, тяк и в обратном направлении. Передача энергии от "континуума" внутренних волн к низкочастотным течениям, в отдельных случаях, может яеляться одним из основных стоков еолновой энергии кдг/зсве , 19§2).

Почти универсальный уровень энергии в волновшс спектрах указывает на возможное существование механизма насыщения, действие которого уже монет проявляться при числах Ричардсона (/?/), равных 4 {//оУимзу , 1983).-Исследование эволюции чясла /?/ для барок/шнных приливных волн обнаруживают отчетливую связь сдвиговой неустойчивости волн с горизонтальными компонентами энергии короткопериодаых волн дая периодов 0,3 - 2 часа (Кушнир, Андащенко, 1980),

Экслерьментально подтвервдено, что поле бароклинных полусуточных приливов анизотропно, что проявляется в существенной пространственно-временной изменчивости амплитуд, ориентащи и стабильности эллипсое приливных течений. Анализ течений на Полигоно-70 показал, что наклонная когерентность преобладает над горизонтальной вдоль распространения волны, а в перпендикулярном направлении наоборот, что определяется конечной длиной 'гребней полусуточных волн.(Матыгин, Сабинин, Филонов, 1982). Варокяшшьй полусуточный придав распространяется е,виде волновых шкетов с вертикадыдаш размерам в 300 - 500 м и данной

гребней около 10 миль (Григорьев, „¡атнгин, Филонов, 1985).. •

Несмотря на. квазпсинусоидальный характер по времени, полусуточные еолны характеризуются значительной изменчивостью как за короткий промежуток времени (1-2 периода, внутреннего прилива), так п-в близко расположенных точка:: пространства (ЧагракоЕДШЗ). Подтверждением существования такой изменчивости ыо;;;ет слу:;сить большое разнообразие эллипсов полусуточных течений в рамка:: одного эксперимента (Чиграков, Наунчук, 1983).

Хотя бароклинные моды полусуточных еолн в полном смысле* этого понятая не существуют, при описании пространственных пара-иетроЕ внутренних приливов удобно применять модальное' представление. Как правило, в открытом океане наблюдаются несколько пер- • вых шд бароклинного прилива (Ляшенко, 1981)* В отличил от баро-тропннх движений полусуточные внутренние еолны могут быть представлены е районе исследований в виде нескольких независимы:: еолн, причем направление их распространения может не совпадать с направлением распространения баротропноЗ еолны.

Возможность генерации внутренних приливов на. ярко внрпаен-ных особенностях донной топографии доказана как''натурными, так и лабораторна,ш экспериментами {МахиегМу , Л'Мегез ~

1984). Удалось показать, что при образовании приливных внутрен--них волн, на одиночном поднятии даа.Сподводная гора, банка), или на. подводном хребте' вакную роль играют их ассиметрия и размеры, а такгзе угол подхода баротропной волны к неоднородности»! донного рельефа (Бабий, 1983). В процессе распространения внутренние пршшЕныв волны испытывает влияние особенностей дош-ю;: топографии, которые отражаются в их горизонтальной структуре (Иванов,. ¡¿еяышков,' 1984)'. .Так,- при помощи букспрусжаго комплекса ^обнаружено вращение полусуточных волн вокруг горы Ампер (Голубев, Черкесов, 1586), Однако,-как показывают ш введения,

- i.u -

разворот горизонтальной зоставлявдеЯ волнового вектора приливной внутренней волны может быть не связан с характером донной топографии (Морозов, Никитин, 1984). Следует отметить, что наиболее интенсивные внутренние еолны формируются е период сизигийных приливов (Fu ,//ß/t, 1984), а временная изменчивость амплитуд приливных внутренних еолн обнаруживает полумесячную периодичность (Морозов, СаыодуроЕ, 1983).,

Ощутимый прогресс в моделировании епновех процессов в диапазоне частот от локальной инерционной до частоты плавучести . связан со спектральной фоновой моделью Гаррета-:.1онка (Cürret , Münk , 1975). В то же время определенна.! недостатком модельного спектра является его расхождение с экспериментальны.!!! спектрами в интервале частот приливных и кЕазиинерционных волн, хотя в настоящее время ясно, что энергия приливных еолн тесно связана с уровнем энергии во всем спектральном "континууме" (Pinie/ , 1983).

В главе 2 приводится описание экстрименталь.-дх материалов, полученных на тихоокеанском исп: тательном полигоне. Рассмотрена методика статистической обработки исходных материалов (температуры воды и скорости течении на буйковых полигонах) и технология создания информационной базы данных на магнитных носителях. Кластер АБС в рамках каждого эксперимента, как правило, был привязан к центра;.: мезомасштабных гидрологических съеыок. Планирование и реализация натурных экспериментов осуществлялись с учзтом имеющихся сведений о пространственной структуре приливных внутренних еолн в океане. Буйковые наблюдения выполнялись, как правила, с дискретностью по горизонтали от 5 до 15 миль между лзумд Злижайшид АБС. Расстановка автономных измерителей тече-JtnaHR текпературы (АЦиТ) на.-буях охватывала практически всю-тол^и океана от поверхности до дна.

Сообщается о точности измерений гидрофизически;: параметров, а так;-:е описана методака. проведения критического контроля за качеством используемых- материалов наблюдений. В сводной табли- . не приведены справочные сведения о всех принятых к анализу исходных временных реализациях.

Приводятся алгоритмы вычислений спектральных характеристик

скалярных и векторных океанографических рядог. Дана физическая -%

интерпретация составляющих спектральной тензор-фушшди скорости течений в терминах линейной теории внутренних гравитационных волн.

Исследования пространственных характеристик полусуточных волн проводились с использованием, оценок горизонтальной и вертикальной когерентности, а также сече*шй пространственно-вре- -манного спектра внутренних волн на фиксированной приливной час- . тоте. Оценивание спектров по горизонтальным и вертикальным еол-ноеым числам производилось на основе антенной методики .(Коняев,. . 198.1), которая позволяет определять модуль и направление волно- ' вых Еекторов по материалам натурных найме, ,ений, 119 .колая при этом практически никаких искусственных допущений. Наряду с традиционными методиками оценивания (линейные оценки спектра), использовались и адаптивные метода, которые эффективны при проведении исследований пространственной структуры волнового поля-при {.алом числе датчиков. Вертикальная структура внутренних приливов исследовалась при помощи спектров по.вертикальным волновым числам во вращающейся система координат. , ... • .

В главе 3 рассматриваются особенности фтуктуаций температуры и течений е инерционно-гравитационном диапазоне частот. .

Дается описание основных.черт -динамики синоптических течений на тихоокеанском испытательном полигоне» Достаточно подробно описаны снтуаида с цдкло*р!ческой- и антипдклогшческой завихрен-

ностыэ поля синоптических течеш1й, которые наблюдались в летний период 1386 г. и замой 1989 г. соответственно. Основные Ецвода об особенностях динамики синоптических течений, полученные по модельным расчетам, подтверждались ¿ременным ходом среднесуточных векторов низкочастотных течений. За период наблюдений среднесуточные вектора испытывали закономерный разворот, обусловленный западным дрей;;о;.1 синоптических вихревых образований. Смещение даналшческих структур синоптического масштаба происходило со скоростью 5-8 к.л.оу*:йГ*.

Приводится анатаз спектров вертикальны:: сыэщоний изотерм. Оценки спектральной плотности вычислялись с использование;.: алгоритма быстрого преобразования Оурье по максимально возможному количеству отсчетов. В тех случаях, где позволяла дтана реализаций - по трем наполовину переярываодиыися сегаента1.щ, которые соответствовали различным сказам положения вихревых образований на буйковом полигон*. Показано, что на экспериментальна, частотных спектрах вертикальных смещений изотерм е большинстве случаев .хорошо выделялся кик, соответствуюздай цриливнш полусуточным волнахл, и отсутствовал шк вблизи локально-инерционной частоты. Учитывая, что основной вклад во временную изменчивость температуры в инерционно-гравитационном даапазоне частот еносят вертикальные даикения, обусловленные внутренними волнаш, делается вывод о том, что инерционные даикения имеют двумерную структуру в горизонтачьной пдоскости.

Среднее значение вертикальных смещений по датам всех АБС приблизительно равно б м, а максимальные сызщошя приурочены к горизонту 500 м и достигала 14 и. Рассчитанные значешя шли а сравнении с полученными по материалам буйкоЕы:;. наблюдений в других районах ..'ярового океана. Слабая интенсивность полусуточных оолн з исследуекш районе подтверждалась расчета .31 амшш-туямме '¿арактерно^ик баро&яинного полусуточного прилива по штс

риалам всех АБС, и, по-видалому, обусловлена тем, что поло полусуточных воля на полигоне представлено высокими номерами мод.

Показано, что пространственно-временная изменчивость высоты пика на полусуточной частоте в значительной степени определяется расположением АБС относительно центра вихревого образования. Причем, близость центральной части циклопического вихря или ангнциклонического моандра Северного Пассатного течения к АБС сопровождалась увеличением энергии полусуточных воли. Доказало, что флуктуации приливной энергии не зависят от изменений вертикального градг'ента тешературы, которые могут изменить рассчитанные вертикальные смещения на более, чем на 10 %.

Решение линейного волнового .уравнения для. сродного по полигону вертикального простиля частоты плавучести позволило удовлетворительно аппроксимировать вертикальную структуру полусуточных волн на полигоне движения?® высоких (четвертой и седьмой) номеров мод. Изменчивость по горизонтали вертикальных смещений изотерм на частоте полусуточных приливов сравнима с изменчивостью по Бремени. При этом зоны максимальных величин смещений ь-лянусч вдоль изолиний функций тока синоптических течений.

Анализ флуктуаций течений на полигонах позволял получить представление о параметра:« волновых орбитальных деаясепий е горизонтальной плоскости. Выяснено, что в пределах рассматриваемых временных интервалов основной вклад в изменчивость поля течений в исследуемом диапазоне частот еносили колебания, близкие по частоте к инерционной, и приливные (суточные и полусуточные). Причем, высота основных пиков имела существенную пространственную перемежаемость, шкоимальные пики, практически дта всо:: АБС и горизонтов, соответствовали квэзиинерциошш.! дакнодаям. Оценки линейных инвариантов спектрально!-; плотности после нор х-роики на локальную частоту Вяйсяля-Брента собирили^ь в узгаи!

кгут, что подтверждает бароклинннй характер изменчивости в инер-йЛонно-граЕИтащрнноы диапазоне частот.

• йсцодьзу" известную методику ''Лорозов, 1988), был оценен Еклад баротропных движений в дасперлро флуктуаций течений с полусуточным периодом. Он оказался незначительным, в 3 - 10 раз меньше энергии бароклинных движений. Ди^персья баротропных полусуточны:: движений составляла 0,22 см2* с-2.

Пространственное распределение энергии полусуточных тече-' пий ч ее изменчивость по сегментам по аналогии с энергией вер- . тикальпш. смещений показывает., что основные изменения во Ереме-ни амплитудных характеристик внутреннего прилива хорошо корре-лируигся,с пространственной йззой динамически;:, синоптических образований на буйковых полигона;:.

Сравнение всех вычисленных оценок большой и малой полуосей эллиптического годографа полусуточны;: течении -показывает,' что Ео всей толще океаш Е различных точках исследуемого района амплитуда внутреннего прилива испытывают существенные вариации. Так, значения большой полуоси годографа за весь период наблюдений на тихоокеанском испытательном полигоне изменялись в пределах от 1,2 до 5,7. см - с"1, а величина малой полуоси - от 0,4 до 2,8 см-■ с-1. Среднзквадратические амплитуды внутреннего цри-чва могут составлять до 30 % от скорости течений, обуслов- ■" леших динамическими образованиями синоптического масштаба ( 25 см • с-*). Больше оси эллиптических годографов иепктыва-ит закономерный разворот по часовой стрелке'как ео времена, .так и в пространстве. Изменчивость направления распространения полусуточных волн ставит под Еопрос возможность правильного ецэ- .'. кивания условного района их генерация хотя бы с точностью до х ISO0.

IIa примере спектров вертикального спадения изотерм показано, что фоновая часть спектральной плотности, удовлетворительно -

описывается модельным спс :тром Гаррета-ызнка {Carret , Милк , 1975). Однако, аплрокоимаидя натурных спектров модельным дает хорошие результата лишь доя случаев с интенсивными полусуточными волнами. Когда полв полусуточны:: приливов имело вырожденный характер, уровень спектральной энергии в целой низе уровня, предсказанного моделью, а наклон фоновой части спектров отличается от модельного ("-2") в сторону уменьшения. Несмотря на пониженную энергию волновых процессов, наблюдалось превышение уровня спектральной плотн-оти над модельным на высоких частотах (примерно, начиная с 0,5 идк. час-1), что свидетельствует о генерации более корогкопериодпых.внутренних волн при разрушении полусуточных. Интенсивные высокочастотные внутренние волны наблюдались на полигоне при помощи распределенных датчиков температуры (Филонов, 1987). . ^

В главе 4 исследуется амплитудная модуляция внутренних полусуточных ейлн океанскими вихревыми образованиями синоптлчос-кого масштаба. Детальный анализ вре;ле1Шой изменчивости бзроклин-ного прглива производился с использование?.} текувдх спектральных оценок флуктуааий температуры и скорости течений. ,

Обнаружено несколько локальных максимумов колебаний теыпо-ратурн с полусуточной частотой. Идентификация локальных максимумов энергии в зона дейст-ия океанской циклонической вихревой структуры показала, "-о часть из них обусловлена полумесячным неравенством, а часть связана непосредственно с вихревым образованием. Первые из них ведут себя достаточно постоянно по глубине и промежуток мевду ниш равен примерно 14,5 суток. По локальному максимуму еолноесй энергии, приурс:енного к центральной части вихревого образования, отчетливо вь-~еляется наклон его вертикальной оси и момент подхода центра вихря. Таким образ с,j,

временная изменчивость спектральной плотности полусуточных волн находятся в прогиЕодразе с временный ходон скоростей синоптических течений. Ыиниыальнш скоростям низкочастотных течений соответствуют максимальные ожплитуда вертит-альных смещений, обусловленных полусуточнш бароклишым приливом.

По аналогии с нестадаонарнда решлои олуктуаций температуры, основные характеристики скорости течений, обусловленные ба-роклиннш полусуточным приливом, находятся в тесной взаимосвязи с пространственной структурой поля синоптичоских течений. Зоны . максимальных значений линейного инварианта приурочены к моментам уменьшения модуля вектора скорости и к изменению знака направления его Еращеняя во времени. Следует отметить, что усиление интенсивности полусуточных течений происходит независимо -от знака завихренности синоптических течений, отмечается лишь чередование зон интенсивных и относительно слабых фоновых для бэро-клинного приливз течений, связанных со смещением динамического образования через тешу наблюдений. Отмечено, что в пределах полусуточной частоты знак вращательных движений нестабилен, а ориентация полусуточных эллиптических годографов изменяется во времени от меридионального до близкого к зональному. Таким об- , разом, наблюдаемая изменчивость флукгуаыдй полусуточных течений определяется сложной эволюцией пространственных.структур, океанских динамических систем синоптического масштаба.

Б главе 5 исследуются особенности пространственной структуры флуктуацдй полей гидрофизических параметров с полусуточной частотой.

Обнаружено, что масштаб вертикальной когерзкиюотя изменялся в предела:: от, 100 до 700 .м, причем в слоях, где оценка когерентности превышала 95 доверит/льный предел, найяль

далась, как правило, синфазность исдусутотаъх волн. Увеличение ¿•напекай £унздап когерентное»! приурочено к временна,: проас«угкаы

шгоноификацяа полусуточных еолн, а рост когерентности по eqp-гикалн происходил от шшшх горизонтов к верхним.

Согласно полученный оценкам, для глубины 500 и (в летний период 1986 года, как наиболее обеспеченном данными) обнаружено, что распределение горизонтальной когерентности облада-о упорядоченной структурой в виде чередующихся полос. Используя свойства функция когерентности (Госсард, Хук, 1981), удалось получить направление распространения волн (по лучу северо-запад и юго-восток) для западной периферии циклонического вихря. А горизонтальная проекция длины еолны, рассчитанная по расстоянию от начала координат до бли..лйиегй вторичного максимума в направлении, перпендикулярном распространении волны, имела, значение 42 км, что соответствовало длине волны четвертой бароклзтюц коды, масштаб горизонтальной когерентности в среднем составлял 18 км. Изменчивость пространственного распределения горизонтальной и вертикальной когерентности свидетельствует о трансформации волнового поля. В частности, возможны ситуации, когда масштаб однородности настолько мал, что проведение корректного оценивания сечения пространственно-временного спектра не представляется возможным, поскольку не выполняется требование о расположении регистрирующих датчиков антенны в однородном еол-новом поле.

Специфичность фоновых гидрологических уоловлй во время проведения экспериментов позволила изучить особенности трансформации пространственного спектра полусуточных волн для различных временных сегментов. Изменчивость положения приливного пика в плоскости горизонтальных волновых чисел выражалась в развороте волнового вектора, соответствующего четвертой баровдинной модели с юго-восточного направления на юго-западное, с послздушцим

его поворотом в исходное положение. Песта-дионарнооть направления *

распространения полусуточных волн затрудняла определение генерального направления по среднему проотраиственно-временному спектру, полученному осреднением спектральных матриц по сегментам. При усреднении происходило сложение разнонаправленных торов, результат которого было бы ощиблчным трактовать, как преобладание первых номеров барокяинных мод. Анализируемые еыеоды получены по практически независимым исходным реализациям температуры воды и скорости "течений.

Несимметричность спектров по вертикальным волновш числам относительно начала координат свидетельствует об отсутствии стоячих по вертикали волн. Особенностью спектров по вертикальным еолноеым числам во вращающейся системе координат НЕляется упорядоченный разворот волнового вектора дяя последовательности сегментов, что хорошо согласуется с временной изменчивостью горизонтальных волновых векторов на спектрах по горизонтальным волновым числам. Таким образом, сопоставление изложенных результатов о пространственной структуре поля внутренних приливов, полученных с помощью различных методов но материалам наблюдений на полигоне за ряд лот, позволяет сделать Еакный еыеод о. преобладании е исследуемом районе бароклиннпх полусуточных волн высоких номеров мод.

Рассматривается разработанная автором методика оценивания, горизонтальной проекции волнового вектора-(в той числе и приливных волн) по магерлачам наблюдений в одной точке пространства е случае использования измерителя течений, оборудованного специальным датчиком гидродинамического давления. Параллельно обсувдается методика оценивания избыточного -давления в океане; обусловленного внутренним! волнами по материалам наблюдений за горизонтальной составляющей скорости течений. Расчетные уорму-получены с использованием основных соотношений линейной тео-

рии внутренних гравитационных волн и векторно-алгебраического анализа.

« В заключении формулируются ооновные еыводы работы:

1. Показано, что в исследуемом районе основной вклад в изменчивость а инерционно-гравитационно/л диапазоне частот вносят квазиинерционнкс движения и приливные внутренние волны, причем, полусуточный бароклинный прилив хорошо выражен как в поле температуры, так и в поле скорости течений,

2. Установлено, ч.о энергия полусуточных еолн обладает существенной пространственно-временной изменчивостью, которая связана с воздействием на волновое поле данжличоских стоуктур синоптического масштаба, причем, энергетический вклад внутренних волн на порядок преншает энергии баротропных приливных

■ движений.

3. Амплитуды вертикальных смещений, связанны:', о внутренними вол наш, достигают 14 м, а максимальные скорости полусуточных течений составляют 3) % от скорости синоптических и не превышает 8 сц • о"'1'.

4. Интенсификация волновых движений о полусуточным периодом привязана к центрам синоптичесих данашческзх структур, независимо от знака их завихренности. Сглещение вихревых образо-вашй оказывает существенное влияние на пространственную структуру внутреннего прилива, что В1фажается в упорядоченном изменении амплитуд и направления распространения внутренних волн.

5. Отличия натурных спектров от "универсального" сфазиро-ватш с временными интервалами ослабления внутренннх1 полусуточных волн, обусловленных синоптической изменчивостью.

6. Когерентность на полусуточной частоте по горизонтали имеет* передававшийся характер, обусловленный трансформацией пространственных характеристик полусуточных волн, .'.'асмтэб ко-

- 20 -

герентнэсти по горизонтали не превышал' 10 морских шль, что совпадает с оцеккаш масштабов однородности волнового поля. Наклон вертикальной оси синоптя ¿еских образований оказывает влияние на взаимосвязь полусуточных колебаний изотерм по вертикали. Диапазон изменений масштаба вертикальной когерентности составляет от 100 до 700 м.

7. Пространственная структура бароклинного полусуточного прилива характеризуется волнови.щ дазшхенняш, соответствующими колебаниям: 4-й бэроклинной моды с длиной еолны по горизонтали 42 км, направление распространения которой характеризуется нестационарностью, связанной с западным дрейфом синоптический структур.

8. Разработана методика расчета модуля горизонтальной проекции волноеого вектора по натурньи наблюдениям в одной точке. Решена задача оценивания избыточного давления в океане от внутренних гравитационных волн по данным измерений горизонтальной скорости течений.

ПО ТЕМЕ даССЕРТАШИ ОПУБЛГКШШ ШДУВД РАБОТЫ:

1. 1$ишаков Ф.Ф., Капусенко ИЛ., ¡.'¡атыгпн А. С. Исследования поля внутренних полусуточных приливов в трош1ческой зоне Тихого океана //Iii съезд сов. океанологов: Тез. докл. физика и химия океана. Ветровые, внутренние прилиЕнеэ'волны; волны цунами. -I.: Гидроиетзо-пздат, 1987. - С. 76-77. .

2. Гришаков Ф.©., Капусенко И. И., Ыэтыган'А.С. Оценки пространственных спектров волновых полей на гидрофззических полигонах. в Тихом океане // Всесоюз.школа:' Технические средства к аетода исследования Ярового океана: Тес;докл. - Москва, 1937.0.31. Г .

3. физиков Ф.Ф., Капусенко ЙЛТ.,'Каедаццов Ю.П. Исследование течений из кщро^лзЕЧссках полигонах тропической зоны

Тихого океана // Ш съезд сое. океанологов: Физика и химия, океана. Течения, синоптические и мезомасштабнке вихри. - I.: Гидрометеоиздат, 1987. --С. 62-63.

4. Грииаков Ф.Ф., КлеЕанцов Ю.П., Герман В.Х., Капусенко ll.lt, Нагальский A.B., .¡Дочалов В,П. Исследование течений на гидр_рфизи-.ческоч полигоне ШСП "Океан" в тропической зоне северо-восточной

части Тихого океана // Исследование океанографических процессов %

е тропической зоне Тихого океана. - : Гидрометеоиздат, 1989. -С. 126-135.

5. Капусенко К. И. Внутренние гравиталдоннне волнн е океана -Обнинск: ВШЖМИ.ВД, 1989. - 42 о, - (ОбзоруФШЕКШ-ВД. Сер. Океанология).

6.>Капусенко И.И. Предварительный анализ изменчивости поля глубинных и придонных течений по данным буйковнх наблюдений НИСП -"Океан" // Исследование океанографических процессов в тропической зоне Тихого океана. - iL. Гидрометеоиздат, 1989. - С. 177-182.

7. Капусенко И.И., лйтыган А. С. Особенности эволюции внутренних полусуточных волн на фона океанского циклонического вихря // 1У Всесовз.яауч.-технич.конф.: Вклад молодых ученых и специалистов в решение современных проблем океанологии и гидробиология: Тез.докл.' Геофизика. - Севастополь, 1989. - 4.1. - С.31.

8. Капусенко1 И.И., Нагальский A.B. Особенности короткоперн-одноц изменчивости гидрологических условий на полигоне 1ШСП "Океан" // Исследование океанографических процессов в'тропической зоне Тихого океана. - X: Гидрометеоиздат, 1989. - С. 155-157.