Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Структура фронтальных зон северных морей и формирующие ее физические процессы

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Структура фронтальных зон северных морей и формирующие ее физические процессы"

АКАДЕМИЯ НАУК СССР ИНСТИТУТ ОКЕАНОЛОГИИ ИМ. П.П.ШИРШОВА.

На правах рукописи УДК 551.465:629.78

РОДИОНОВ ВЯЧЕСЛАВ БОРИСОВИЧ

СТРУКТУРА ФРОНТАЛЬНЫХ ЗОН. СЕВЕРНЫХ МОРЕЙ И ФОРМИРУЩЕ' ЕЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Специальность П.00.08 - океанология АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 1991

Работа выполнена в Институте океанологии им.П.П.Ширшова АН СС&

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наух кандидат физико-математических наух

Ведущая организация: Арктический и Антарктический Научно-исследовательский Институт Госкомгвдромета СССР

Защита состоится " 4 " 1991г.

о УУча.с. °° мин, на заседании Специализированного совета к.ссгЖо?. при Институте океанологии им.П.П.Ширшова АН СССР Москва, 117216, ул.Красикова, д.23

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

Автореферат разослан " <_ 1991г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат географических наук^^С

Г,

В.Н.Пелевин

B.и.Журбас

C.Н.Овсиенко

.Г.Панфилова

ОШЯ ХАРАКТЕРЛСГИКА РАБОТЫ.

Актуальность тега. Проблема изучения фронтальных зон Миро-зого океана и их изменчивости является одной из важнейших в океанологии и приобретает все большее научное и практическое значение. С 70-х годов происходит постепенное переосмысление ранее практиковавшегося взгляда на фронты как на довольно статичные и практически непроницаемые границы раздела меяду водным! массами. Все большее признание среди исследователей завоевывает подход к фронтам, как к физическому явлению со сложной внутренней динамикой, обладающему свойством самоподдеркания и являющемуся важным звеном в цепи передачи энергии по каскаду масштабов от элементов глобально"!: циркуляции до мелкомасштабных явлений.

Общая физическая концепция фронтальных зон была дана К.Н.Федоровым. Термин "фронтальная зона" далее будет употребляться в смысле определения, данного К.Н.-Зедорознм (1983) как "зона, в которой пространственные градиенты основных термодинамических характеристик значительно обострены по сравнении со средним равномерным распределением между устойчиво существующими климатическими и иными экстремумами". "Фронтальный раздел" -это "поверхность внутри фронтальной зоны, совпадающая с поверхностью максимального градиента одной или нескольких характеристик (температуры, солености, плотности, скорости и т.д.".

Ранее неоднократно отмечалось (например, Федоров, 1983), тго структура климатических Фронтальных зон весьма сложа, т.к. эе элементами являются фронтальные зоны меньшего масштаба. 3 полной мере это относится и к структуре Северной Полярной фронтальной зоны (СШ>3). Любое ИК-изобракение исследуемой акватория ми запись горизонтальных измерении температуры, полученная

с помощью непрерывного регистратора, позволяют убедиться в том, что любой участок СШЗ не есть плавная переходная зона от вод с одними характеристиками к водам с другим характерце тиками. Результата таких измерений позволяют с уверенностью констатировать, что все рассматриваемые-фронтальные зоны имен сложную горизонтальную структуру, состоящую из элементов разных масштабов.

Тип внутренней структуры Фронтальных, зон существенным.об разом зависит от многих факторов: системы течений, термохалин ной структуры взаимодействующих вод, донного рельефа, атмосферных, приливных и др. воздействий. В этом смысле, моря Севе ро-Европейского бассейна' (Норвежское, Гренландское и Баренцев являются уникальным полигоном .для исследования закономерносте! формирования структуры фронтальных зон. Для данного региона х; рактерны:

- слояная система течений, в условиях замкнутой акватории;

- многообразие типов тзрмохалинной структуры фронтов от преиыз цестванно термических до преимущественно соленостных;'

- сильная изменчивость глубин дна.от сотен до тысяч метров, не личие шокёства разномасштабных форм донной топографии (подвод ные желоба, пороги, плато, каньоны);

- многообразие типов вертикальной стратификации вод;

- наличие ледяного покрова на значительной части акватории.

Предварительно, автором, совместно с А.Г.Костяным и С.С.Макаровым, на основе архива гидрологических данных, собранного в ШЦ СССР и данных литературных источников выполнено описание крупномасштабных характеристик системы фронтов Норвежского, Гренландского и Баренцева море!;, и выделены основные участки Северной Полярной Фронтальной Зоны (СШЗ), а

также ряд других фронтальных зон на указанной акватории. В 1985-1990 г.г. был проведен ряд специализированных натурных экспериментов по исследованию шзо- и мелкомасштабных явлений, обусловливающих внутреннюю структуру фронтальных зон. Натурные данные, послухизшиэ основой работы, были получены при участии автора путем комплексного использования современных методов получения информации повышенного пространственного разрешения: спутниковой НК-рациометрии, авиатермо-съешш, поверхностных трассовых измерений, выполнения ыезо-и шкрополигонов СТД-зондаш, измерений течения с помощью акустического допплеровского правилосетра.

Комплексный подход, основанный на совместном анализе натурных данных и результатов теоретических и лабораторных работ по исследованию динамики вод во фронтальных зонах позволяет выявить роль различных явлений и процессов, ответственных за формирование многофронтальной внутренней структуры фронтальных зон.

Цель работа. На примере морей Сезеро-Европейского бассейна рассмотреть многообразие типов внутренней структуры фронтальных зон, а такав физических явлений, обусловливающих эту структуру и механизмов их образования, используя при этом результаты теоретического и лабораторного моделирования. Приведенная в работе информация не имеет узкогеографического характера, ограниченного лишь некоторым регионом. Сведения о механизмах формирования внутренней структуры фронтальных зон, полученные на примере указанной акватории, могут быть исполхь-зованы при анализе фронтальных явлений в .других районах Мирового океана.

Основные задачи.исследования заключались в следующем:

1) выделение и исследование на примере морей Северо-Европей-ского бассейна основных типов многофронтальной: структуры Фронтальных зон на основе натурных измерений дистанционными и контактными методами высокого разрешения;

2) экспериментальное изучение основных явлений, формирующих указанные типы внутренней горизонтальной и вертикальной структуры фронтальных зон и оценка их вклада в трансфронтальный обмен теплом и солью;

3) исследование на основе математической модели влияния термо-халкнных характеристик фронтальной зоны на развитие интрузион-ных процессов;

4) получение на основе сравнения натучных данных с данныш теоретического и лабораторного моделирования сведений о механизмах сформирования горизонтальной и вертикальной внутренней структуры фронтальных зон.

Научная новизна диссертации состоит в следующем:

1. Установлено наличие слоеной многойронтальнон структуры фронтальных зон Норвежского, Гренландского и Баренцева морей. Выделены основные типы их внутренней структуры: "ступенчатый", идя которого характерно наличие высокоградиентных "основных" фронтальных разделов, непрерывных по всей .длине фронтальной зоны, "переменаюгдийся", .для которого характерно чередование локальных фронтов разного знака и отсутствие ."основного" раздела, а также "промежуточный" тип.

2. Да основе анализа данных дистанционного зондирования, а такие данных 15 ыезо- и микрополигонных гидрологических съемок, выполнено описание основных явлений, обусловливающих внутреннюю структуру фронтальных зон (меандров, затяхшк, пс-верхностных и внутритермок. лнных вихрей, вихревых .диполей

и т.д.).

3. Путем сравнения натурных данных с результатам теоретического и лаборэторяого моделирования, показано, что основной причиной формирования мезоыасштабной внутренней структуры фронтальных зон является бароклинио-баротропная неустойчивость фронтальных разделов. Установлены существенные различия в характере реализации неустойчивости в случае широких

и узких вдольшроктальных течений. Показано, что неустойчивость "широких" течений, обусловливает "ступенчатый" тип структуры'фронтальных зон, неустойчивость "узких" течений -"перемещающийся". Дополнительным фактором формирования переыз-«аемости является взаимодействие ыезомасштабных структур ыезду собой. Выполнена оценка трансфронтального "вихревого" тепло- и солеобыена.

4. Рассмотрена физическая модель роста тэрмохалинных интрузий в зависимости от степени терыоглинности и бароклинности фронтальных зон. На основе сравнения результатов моделирования с данными наблюдений вертикального интрузионного расслоения во фронтальных зонах показана возможная роль в формировании внутренней структуры фронтальных зон процессов .двойной диффузии и факторов, связанных с бароклинкостью.

На защиту выносятся следующие положения: I) фронтальные зоны морей. Сезеро-Европейского бассейна обладают слоеной шогофронтальной структурой; выделяется два основных типа горизонтальной структуры: "ступенчатый", .для которого характерно наличие одного или нескольких высокоградиентных "основных" фронтальных разделов, непрерывных по всей длине фронтальной зоны, и "перешглэюиийся", дат которого ха-

рактерно чередование высокоградиентных участков разного знака и отсутствие "основных" разделов; существует таккэ "промежуточный" тип структуры;

2) основным механизмом образования мезомасштабных структур (меандров, затязек, поверхностных и внутритермоклинных вихрей, вихревых .диполей и .др.), характерных .для внутренней структуры исследуемых фронтальных зон, является бароклинно-баротропная неустойчивость; величины трансфронтальных "вихревых" потоков тепла и соли имеют порядок, соответственно, Ю5 - Ю6 да.м"2с-1 и 2-Ю"3 - 4-Ю-2 %о п.с;

3) существование различных типов внутренней структуры фронтальных зон обусловлено различием.в механизмах реализация неустойчивости в условиях "широких" и "узких" по отношению к локальному радиусу деформации Россби вдольфронт^льных течений; неустойчивость "широких" течений приводят к "ступенчатому" характеру внутренней структуры фронтальных зон, неустойчивость "узких" течений - к "перемекающемуся"; важным фактором формирования структуры фронтальных зон является взаимодействие фронтальных .динамических структур мезду собой;

4) одним из механизмов, формирующих внутреннюю структуру' фронтальных зон, является вертикальное интрузионное. расслоение вод, которое, согласно предсказаниям рассмотренной математической модели, может быть обусловлено.к?к термохаликныш механизмами,двойной диффузия, так и бароклинными факторами.

Практическая данность работы. Полученные в работе результаты являются основой для создания физических и математических моделей эволюции фронтальных -он и-методов прогноз!

гидрофизического и гидрохимического режимов вод северных морей. Зто дает базу .идя развития моделей биоценозов, совершенствования методов прогноза погода, создания болев совершенных методик увеличения эффективности промысла. Часть результатов работы нашла внедрение при разработке модели изменчивости гидрологической структуры вод Баренцева моря в Мурманском филиале ААНИИ, а такие при разработке прикладных гидроакустических моделей.

Апробация результатов диссертационной работы проводилась на всесоюзной конференции "Проблемы стратифицированных течений" (Юрмала, 1988), на Межведомственном океанографическом семинаре (Мурманск, 1988), на Конференции молодых ученых в ИОАН СССР (1988), на I Всесоюзном Семинаре "Океанологические фронты северных морен: характеристики, методы исследований, модели" (Москва, 1989), на Коллоквиуме Отдела морских прогнозов ГМЦ СССР (1989), на Коллоквиумах Отдела экспериментальной и космической океанологии (1989, 1991), на Международной конференции "0кеанология-90" (Брайтон, Великобритания, 1990).

Публикации. По теме .диссертации опубликовано 12 работ.

Объем и структура диссертации.. Диссертация объемом № страниц состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитированной литературы ( 177 наименований), содержит ^ рисунков, 11. таблиц.

С0ДЕШНИ8 РАБОТЫ.

Во ввэденш обосновывается актуальность теш .диссертации, формулируется цель и ставятся задачи исследования.

Б первой главе по литературным данным даются общие

сведения о системе фронтов Норвежского, Гренландского и Баренцева морей, рассматривается современное состояние исследований внутренней структуры фронтальных зон.

На основе анализа спутниковой информации совместно с данными литературных источников в ряде работ (например, Родионов, 1990), предлагается систематизация океанологических фронтов на исследуемой акватории, Выделяются основные участки (фронтальные зоны), составляющие Северную Полярную Фронтальную зону (СПФЗ), и ряд прилегающих к нзй фронтальных зон. Существование указанных фронтальных зон обусловлено различными факторами, что приводит к различию их океанологических характеристик. Ранее предпринимались попытки выделить на акватории Норвенского моря отдельные фронтальные зоны (Шпайхер, Морецкий, 1964; Смарт, 1984; Кузнецов, Про-шутинский, Тарасов, 1986; Алексеев, Николаев, Кораблез,1987 и др.) и на акватории Баренцева глоря (Косолапов, Лебедев, 1989). Однако, использование только данных стандартных судовых съемок не позволяло охватить всю акваторию моря и в ряде случаев приводило к неверным выводам.

К настоящему моменту накоплен большой массив -гидрологических данных по акваториям Норвежского, Гренландского и Баренцева морей по сетке стандартных разрезов с расстоянием между станциями порядка 20-30 миль. Эта информация дает возможность оценить средние параметры фронтальных зон и проследить их сезонную изменчивость. Однако, подобные данные не позволяют исследовать внутреннюю структуру зоны, характер фронтальных разделов, рассчитать их основные характеристики. Встречающаяся в раде работ интерпретация СПФЗ (на основе

энных стандартных разрезов) как зоны, ограниченной опре-еленннвд изотермами и изохалинами и содержащей один фрон-альный раздел, в большинстве случаев оказывается непрягод-ой .для адекватного ее описания. Для исследования сложной ространственной структуры СПФЗ необходимо использование етодов более высокого разрешения (спутниковые данные, авиа-ерглосъемка, буксировка датчиков, съемки шкрополигонного ипэ и .др.). Примером использования спутниковой информации ля этой цели являются работы Федорова, Гинзбург (1988, 1989).

Далее приводятся сведения об основных работах, посвящен-ых описанию отдельных элементов структуры фронтальных зон егиона, на основе данных экспедиций советских, норвежских, ританских и .др. ffi-IC и НИЛ (в частности, наиболее крупные: рограммн MIZEJt, International O-groux, OVERFLOW, ЭКСП8ДИЦНИ

1АНИИ,программа Барзкс L 42-й рейс нис "Академик. Курчатов" ЮАН а др.).

днако, физической концепция условий и механизмов форшроваля внутренней структуры фронтальных зон дано не было.

В то ;se время, развитие з последние годы теоретических лабораторных исследований мехаш!змов неустойчивости тече-ий во фронтальных зонах (особо отметим работы Гриффитса, индзна, фшшортэ, Стерна и .др., I98I-I988), позволяет при :аличии достаточно большого массива натурных данных разрэбо-:ать некоторые основные положения такой концепции. Поэтому юзникла необхо.димость произвести кошшексный анализ с ис-гользованнем различных методов с целью предложить физичес-:ое описание некоторых процессов и явлений, ответственных )з формирование структуры.фронтальных зон региона.

В главе.2 на основе натурных данных, получанных ,листании-оннывд и контактными методам высокого пространственного разрешения выделяются основные типы внутренней структуры фронтальных зон исследуемого региона. Анализ спутниковых ИК-изобраазний, полученных с ИСЗ серии НОАА, позволяет все фронтальные зоны акватории разделить на три типа. К первому можно'отнести зоны, в которых выделяется весьма резкий "основной" фронтальный раздел (или несколько разделов) с высоким градиентом ТЕМ (температуры поверхност" моря), непрерывный по всей длине фронтальной зоны (например, фронтальные зоны Порога Мона и Исландско-Фарерская). Распределение ТПМ в таких фронтальных зонах имеет мощную ступеньку в перемежающейся структуре ("ступенчатый" тип распределения). Ко второму типу относятся зоны без "основного" фронтального раздела, т.е. с полностью перемежающимся распределением ТПМ. Наиболее характерным примером такой зоны является фронтальная зона Норвежского течения, представляющая собой область шириной 200-400 ш, заполненную плотно упакованными ыезомасштабныш структурами различи": типов. К промежуточному типу относятся.фронтальные зоны со смешанной ступенчато-перемежающейся структурой (например, Восточно-Гренландская и Прибрежная Норвежская). Для них характерно наличие как непрерывных на участках .длиной 100-300 км фронтальных разделов, так и сильной перемежаемости, причем в разных фронтальных зонах соотношение этих элементов структуры может быть различным, а характер изменчивости поля ТЕ.1 может быть блине к одному из основных типов.

Анализ данных квазинепрерывных контактных измерений [буксировка термодатчика в рейсах нис "Профессор Молчанов", шиатермосъемка самолета-лаборатории ИЛ-18Д0РР) показал ка-гзственное соответствие полученного распределения ТГГ.1 выде-генннм типам горизонтальной внутренней структуры фронталь-шх зон. Анализ количественных характеристик показал, что таксимальные значения отношения горизонтальных градиентов ТПМ к сре.днекяиыатическим 100-250 достигаются на гра-шцах "ступенек". Однако, отношение средних градиентов на фронтальных разделах к среднеклиматическим значительно ые-сее коррелировано с доминирующим типом структуры данной >ронтальной зоны и не является надеиным критерием его опре-(еления. Для этого необходимы площадные измерения, позволяйте идентифицировать наличие или отсутствие "основного" >ронтального раздела, например, спутниковые ИК-изобракения.

Данные синхронных квазннепрерывных измерений ТШЛ, СПМ : ППМ (температуры, солености и, плотности на. поверхности ¡оря), выполненных в 25-м рейсе нис "Профессор Молчанов", :оказали, что.основные'типы распределения характерны не ■олько .для поля температуры, но и .для полей солености и лотнссти во фронтальных зонах и позволили рассчитать ко-ичественные характеристики изменчивости термохалинных по-:ей. Необходимо отметить определенную аналогию медду видевшем .двух основных типов горизонтальной структуры - ступенчэ-ыгл и,перемещающимся и выделением .двух основных типов вер-икальной термохалинной тонкой структуры - ступенчатым и нтрузионным, в связи с чем наблюдаемую структуру распре-;еления гидрофизических полей во фронтальных зонах по ана-:огия можно назвать "горизонтальной тонкой структурой".

Анализ ЯК-изображений позволил выделить основные группы структурных особенностей, ответственных за формирование внутренней структуры фронтальных зон: адвективные затоки, меандры фронтальных разделов, струи, пограничные и изолированные вихри поверхностного и внутритермоклинного типов, вихревые .диполи и ыультиполи, мелкомасштабные неоднородности. На анализируемых ИК-изобраканиях удалось идентифицировать около 400 вихревых структур размерами от одного до нескольких десятков км. Проведен статистический анализ соотношения количества вихрей-различных типов вращения и термических типов в целом и отдельно .для каждой из семи фронтальных зон. Во фронтальных зонах ступенчатого типа наиболее часто наблюдались циклонические вихри, а з зонах перемежающегося типа - примерно равное количество циклонов и антициклонов.

Полученные Гриффитсоы и Линденоы (1981) в теоретической модели, проверенной лабораторным экспериментом,зависимости ■■ отношения характерной .длины волны меандрирования А к характерной ширине пограничного течения /_. во фронтальной зоне от числа Фруда Рг - / и от параметра

где £ - параметр Кориолиса, Ь, и - толщины, соответственно, верхнего и нижнего слоев, - редуцированная гравитационная постоянная, позволили оценить .для различных фронтальных зон параметры вихревых структур, образующихся в результате неустойчивости фронтальных разделов. Проведенные .для различных фронтальных зон оценки показывают, что реальные масштабы меандров и вихрей находятся в хорошем соответствии с результатами моделирования э;ах процессов в связи с механизмом бароклинно-баротропой неустойчивости. Это позволяет сделать вывод о том, что этот механизм является одним из основных в генезисе меандрирования и вихре-

образования в этих зонах и, следовательно, одним из основных механизмов формирования их внутренней структуры. Оценить соотношение вкладов барогрошости и бароклиннос-ти при этом весьма слоено.

На основе полученных сведений и данных литературных источников мозсно оценить тепло- и солесодержание отдельного вихря и характерную скорость зихреобразования во фронтальных зонах. Это позволило оценить трансфронтальные "вихревые" потоки тепла и соли Qr— (1*6)-10^щ/(м?с), Os - (0.2 г 3.9)-ПГ2 °/оо-:л/с.

Третья глава посвящена анализу явлений я процессов, обусловливающих внутреннюю структуру фронтальных зон.

Сравнение данных специализированных никрополигонных съемок, выполненных в ходе 25-го рейса нис "Профессор Молчанов" и 3-го рейса нис "Академик Ио?фе" (включавших измерения скорости течения)'с результатами теоретического и лабораторного моделирования (Гриффите, . Киллворт, Стерн, 1982) показали, что характер реализации неустойчивости существенным образом зависит от характеристик вдольфрон-тального течения. В случае, если ширина течения существенно превышает радиус деформации Россби Rd , на его границе происходит меацдрированиа и образование цепочки циклонических вихрей, а внутри течения вблизи границы образуются антициклоны. Такой тип неустойчивости характерен доя фронтальных зон со ступенчатым типом структуры (например для Исландско-Фарерской зоны ¿-- 100 км, Й«<-7-8 юл). Если se ширина течения сравнима с удвоенным ра.диусом деформации Россби, то течение разбивается на ряд антициклонических вихревых ячеек, а на переферии его образуются циклонические вихри, что приводит к перемежающейся струк-

туре фронтальной зоны. Данные съемок показали, что существование экстремально широкой (200-400 юл) фронтальной зоны Норзезского течения монет быть обусловлено тем,- что к северу от Фареро-Шетландского пролива Норвеаское течение разделяется на отдельные ветви шириной в 20-40 ш, .для которых «а -10-12 ил. В результата бароклинно-баротроп-ной неустойчивости "узких" течений происходит их меандри-рование и образование мезоыасштабных вихревых пар.

. Взаимодействие между собой мезошсштабьых явлений, образующихся в -зонах отдельных ветвей Норвежского течения, усиленное ветровыми воздействия!.®, приводит к существованию над Норвежской котловиной широкой области перемежаемости, заполненной плотно упакованными вихревыми структурами. По данным полигонной съемки было зарегистрировано взаимодействие меаддра фронта Западной ветви Норвежского течения с фронтом Центральной ветви. Антициклонический меацдр затягивал в верхнем 50-м слое более теплые воды Центральной ветви, что приводило к сложному распределению гидрофизических полей в районе полигона.

Одним из возможных факторов формирования променуточ-ного типа структуры может быть пространственная изменчивость ширины вдольфронтального течения, обусловленная характером береговой и донной топографии (например, в Восточно-Гренландской и Прибренной Норвежской фронтальных зонах). По'данным микросъемки приводится описание структуры участка Прибрежной Норзекской зоны.

На достаточно мелководных акваториях с сильными изменениями глубин дна (например, в Баренцевом море) структура

фронтальных зон подвераена влиянию топографических особенностей .

Во фронтальной зоне Центрального Желоба Баренцева моря был проведен ряд мезо- и микросъемок, в том числе комплексная съемка в 3-м рейсе нис "Академик Иоффе" с использованием спутниковой информации, СТД- зондирований а акустических допплеровский измерений скорости течения. Съемки показали, что в районе кромки келоба отмечается интенсивное образование меандров и вихрей. Удалось определить характеристики поля скорости в области меандрирующзго фронтального раздела. Абсолютные значения скорости течения достигали 50 см/с.

Во фронтальных зонах, обусловленных проникновением в глубинных слоях атлантических вод под арктическими водами, наблюдается активное образование внутритермоклинных вихрей антициклонического типа, вносящих свой вклад в формирование внутренней структуры фронтальных зон и трансйронтальный те.пло- массоперенос. В работе приводятся, результаты, съемок трех таких вихрей - в Гренландском и Баренцевом морях. На основе теоретических построений и результатов лабораторного эксперимента (Костяной, Шапиро, 1986), оценено время яизни таких структур.

Для некоторых фронтальных зон характерно образование вихревых диполей (в т.ч. "грибовидных течений") и более сложных мультипольных структур.'Подробная съемка вихревого .диполя была выполнена в районе крупномасштабного квазиста-вдонарного меандра СШЗ. На основе результатов теории и ■ лабораторного эксперимента (Воропаев, и др., 1989) была гипотетически оценена временная изменчивость параметров такой структуры.

Б заключительной части главы отмечается, что наблюдавшиеся вихрзвыс структуры, осуществляющие перенос энергии по каскаду масштабов от глобально-климатических к локальным, являются мощными факторами вторичного фронтогенеза во фронтальных зонах..

Б четвертой главе рассматривается процесс вертикального тонкоструктурного расслоения вод во фронтальных зонах, ■ганке являющийся локальным фронтогенетическим фактором.

Разработана математическая модель роста интрузий в зависимости от термохалинных особенностей и степени баро-клинности фронтальной зоны. Решения строились с использованием метода малых возмущений. Параметризация эффекта конвекции типа солевых пальцев пре.дяоаена Стерном (1967). Невозмущенное поле движений описывалось уравнеюшш гео-стоофического балланса: _ __

где V - скорость геострофического течения, ^Р - кинематическое давление. Система уравнений .для малых отклонений в случае двумерной задачи будет иметь еид:

Ъг

(б)

где и,1/", иг - компоненты отклонений скорости от средне-

го вдоль координат х, у, 2 , 5 -отклонение

давления, температуры и солености от среднего, Т, 5 -соответствующие характеристики среднего поля, Я" - число Прандтля, К/^ - коэффициенты тешературного расширения и соленостного сжатия воды, о<?т/(£>?&) - соотноше-

ние потоков тепла и соли в конвекции "солевых пальцев", (Рс) - коэффициент обмена, представляющего совместный эффект турбулентных и волновых процессов, -число Ричзрдсона в геострофическом стратифицированном течении, К - коэффициент.даффузии в конвекции "солевых пальцев".

Численное решение уравнения, представляющего зависимость скорости роста возмущений от вертикального волнового числа, полученного из^(3)-(8), показало, что для больших чисел Бургера Ви = ( &г - локальный радиус деформации Россби, С - характерный горизонтальный масштаб интрузии) и малых неустойчивость, определяет-

ся термохалинным фактором (конвекция типа "солевых пальцев"). В этом случае с увеличением & происходит резкое уменьшение скорости роста термохалянных возмущений. Данный результат согласуется с выводами работы Журбаса, Кузьминой, Лозовацкого (1988), в которой анализировалось влияние баро-клинности на интрузионное расслоение во фронтальной зоне Гольфстрима. При малых значениях числа Бургера вклад в неустойчивость в масштабе интрузионного расслоения зносит бароклинпый фактор.

Модельные рассчеты полезны ,для анализа экспериментального материала. Оценивая характерные величины параметров задачи на основе анализа натурных .данных мо:шо выяс-

нить, какой из факторов (бароклинный или термохалинный) играет основную роль в интрузионном расслоении. Результаты модели апробированы в реальных ситуациях ин^трузи-онного расслоения, наблюдающегося в районе распространения средиземноморских вод, а таккэ во фронтальной зоне Центрального Желоба Баренцева моря и в глубинной фронтальной зоне на периферии распространения языка трансформированных атлантических вод на севере Баренцева моря. В главе отмечается такке, что образование ингрузионнкх структур пространственного масштаба в десятки км является дополнительным механизмом, формирующим внутреннюю структуру фронтальных зон. Наличие ыезомасштабных вихревых образований различных типов додано приводить к многообразию термоюшнных и бароклинных ситуаций во фронтальных зонах и еще более сложной внутренней структуре последних.

В заключении сформулированы основные результаты и вывода работы:

I. На основе данных, полученных дистанционными и контактными методами высокого разрешения, показано, что фронтальные зоны Норвежского, Гренландского и Баренцева морей обладают сложной многсйронтальной внутренней структурой. Выделены основные типы их внутренней структуры: "ступенчатый", для которого характерно наличие одного или нескольких высокоградиентных "основных" фронтальных разделов, непрерывных по .всей дайне фронтальной зоны, "перэменаю-щийся", для которого характерно отсутствие "основных" разделов и чередование локальных фронтов разного знака а такзе промежуточный тип.

2. На основе статистического анализа спутниковой информации и данных 1т съемок мезо- и изкрополигонного типа получены пространственнне характеристики мезомас-штабннх вихревых структур в восьми фронтальных зонах исследуемых морей. Оценка трансфронтальных "вихревых" потоков тепла и соли дала величины порядка 10^-10®

да.м-2с"1 и 2-Ю-3 - 4-10"2%э-м.с', соответственно.

3. На основе сравнения натурных данных с результатами теоретического и лабораторного моделирования, показано, что основной причиной формирования мезомасштаб-ных структур внутри фронтальных зон является бароклинно-баротропная неустойчивость фронтальных разделов. Выявлен существенно различный характер реализации неустойчивости в случае "широких" и "узких" вдольфронталышх течений. Неустойчивость "широких" течений приводит к "ступенчатому" характеру внутренней структуры фронтальных зон, неустойчивость "узких" течений - к "перемещающемуся". Взаимодействие мезомасштабных структур между собой усиливает перемежаемость во фронтальных зонах.

4. Одним из процессов формирования внутренней структуры фронтальных зон является вертикальное интрузиокное расслоение. Предлокана математическая модель роста терыо-халинных интрузий в зависимости от степени термоклинностя и бароклинности Фронтальных зон. Сравнение модельных оценок с результатами натурных наблюдений вертикальной тонкой структуры во фронтальных зонах дало удовлетворительные результаты.

Основные результаты работы изложены в следующих

публикациях:

1. Родионов З.Б. О горизонтальной тонкой структуре Фронтальных зон Норвежского и Гренландского морей. Тезисы. Всесоюзная Конференция "Проблуди стратифицированных течений", Юрмала, 1968, с.104-107.

2. Родионов В.Б. Исследование структуры поля температуры поверхности моря на акватории Норзенского и Гренландского морей. Тезисы. Всесоюзная Конференция "Использование спутниковой информации в исследованиях океана и атмосферы", апрель 1989, г.Звенигород, 11.: ЙОАН-ША, с.53.

3. Родионов В.Б. О шзомасштабнои структуре поля температуры поверхности моря во фронтальных зонах Норвежского и Гренландского морей. Тезисы доклада на Всесоюзном Семинаре "Океанологические фронты северных морей: характеристики, ыетоды исследований, модели", М., 6-10 февр. 1989 г., с.20-21.

4. Родионов В.Б., Иванов Н.Е., Макаров С.С. комплексное использование спутниковой и судовой информации для исследования термической структуры Норвежского и Гренландского морен". В сб.: "Исследование океана с использованием космической информации", 1.1., ЙОАН, 1989,с.

5. Иванов И.Е., Макаров С.С., Родионов О термической структуре фронтальных зон Норвежского и Гренландского морей. Тезисг доклада на Всесоюзном Семинаре "Океанологические фронты северных морей: характеристики, метода исследований, модели", Москва, 6-10 февр. 1989,с.14-15.

6. Костяной А.Г., Родионов В.Б. О вихреобразовании в Северной Полярной фронтальной зоне. Тезисы доклада

на Всесоюзном семинаре "Океанологические фронты северных морей: характеристики, метода, исследований, .модели", М., 6-10 февр. 1989 г., с.17-18.

7. Родионов В.Б. О многофронтальной структуре Северной Полярной фронтальной зоны. Тезисы Ш Всесоюзного Симпозиума "Тонкая структура и синоптическая изменчивость морей и океанов", Таллин, I9S0 г., с.

8. Родионов В.Б. Ыезомасштабные явления в Северной Полярной фронтальной зоне. Тезисы Ш Всесоюзного Симпозиум "Тонкая структура и синоптическая изменчивость морей и океанов", Таллин, 1990 г., -с.

9. Родионов В.Б., Белкоз Е.В. Систематизация фронтальных зон Норвежского и Гренландского морей по спутниковым данный. "Исследование Бэши из космоса", 1990, & I, с.28-35.

1С, Родионов В.Б. О мезомасшта'бнои структуре фронтальных зон Норвежского и Гренландского морей. "Исследование Земли из космоса", 1990, 2, с.39-48.

11. Rodionov V.B. Keaoacale Phenomena In the North Polar frontal Zone. "Oceanology International'90я, Brighton UK, 6-9 March 1990, Civil Application», Volume 2.

12. Костяной А.Г., Лебедев И.А., Новиков B.A., Родионов З.Б. О вихреобразовании в Полярной фронтальной зоне Баренцева моря. Тр. ДАНИИ, 1991, T.42jf, с.21-33.

Подписано к печати 09.04.91 г. Тираж 100 экз. Заказ 9Ч60-9Г Типография НПО "Энергия"