Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Термохалинные интрузии в северной части моря Лаптевых и их вклад в процессы вертикального тепло- и солеобмена

ВАК РФ 25.00.28, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Термохалинные интрузии в северной части моря Лаптевых и их вклад в процессы вертикального тепло- и солеобмена"

На правах рукописи

Кириллов Сергей Александрович

ТЕРМОХАЛИННЫЕ ИНТРУЗИИ В СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ МОРЯ ЛАПТЕВЫХ И ИХ ВКЛАД В ПРОЦЕССЫ ВЕРТИКАЛЬНОГО ТЕПЛО- И СОЛЕОБМЕНА

25 00 28 - океанология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

ииз1731ЭО

Санкт - Петербург 2007

003173190

Работа выполнена в Арктическом и антарктическом научно-исследовательском институте

Научный руководитель

Доктор физико-математических наук, профессор Леонид Александрович Тимохов

Официальные оппоненты

Доктор физико-математических наук, профессор

Лев Николаевич Карлин Доктор физико-математических наук

Александр Петрович Макштас Ведущая организация

Санкт-Петербургский Государственный Университет

Защита состоится « р » НОЯБРЯ 2007 г в 13 часов на заседании Диссертационного совета Д 327 002 01 при Арктическом и антарктическом научно-исследовательском институте по адресу 199397, Санкт-Петербург, ул. Беринга, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Арктического и антарктического научно-исследовательского института

Автореферат разослан « 3 » ОКТЯБРЯ 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Радионов В Ф

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Интрузионное расслоение является важной особенностью ермохалинной структуры вод Арктического бассейна (АБ) К.Н Федоров праведливо отмечал, что «формирование и растекание интрузионных ементов тонкой термохалинной структуры » является одним из сновных механизмов, ответственных за трансфронтальное еремепшвание и перенос тепла и соли через фронтальные разделы на аницах водных масс с различными термохалинными характеристиками есмотря на многочисленные попытки математически описать процесс нтрузионного расслоения при помощи теории нестабильности, редложенной еще в 1967 г Штерном, и определить степень влияния рмохалинных интрузий на эволюцию водных масс, вопрос о вкладе нтрузий в процессы фронтального обмена до сих пор остается открытым первую очередь это связано с отсутствием необходимых ространственных данных натурных измерений, и попытками представить менные процессы на вертикальных границах интрузий в упрощенном де Вопросы формирования и разрушения интрузий в Северном едовитом океане и изучение влияния интрузионных структур на тепло- и леобмен в океане представляют собой актуальную проблему, решение торой имеет большое значение для более полного понимания оисходящих в океане изменений и развития моделей циркуляции еана

Самым значительным источником тепла для Арктического бассейна ляются атлантические воды (АВ), поступающие в АБ из Северной тлантики через пролив Фрама и в виде сильно трансформированной ренцевоморской ветви в северной части Карского моря По мере спространения в арктических морях и Арктическом бассейне, АВ степенно теряют тепло и содержание соли, оказывая значительное ияние на климат Арктики При этом до настоящего времени вопрос о еханизмах, отвечающих за перенос тепла и соли из АВ, остается крытым, а с точки зрения интрузионного обмена практически освещенным современной литературой Существование ледяного ■крова и сравнительно небольшая глубина осенне-зимней конвекции здают условия, когда потеря тепла и соли АВ в Арктике может

осуществляться только за счет внутренних факторов К числу последи можно отнести процессы дифференциальной (или двойной) диффузи которые приводят к различной интенсивности вертикального перенос тепла и соли и способствуют возникновению неоднородностей в пол плотности Это приводит к появлению горизонтальных градиенте давления, которые, в свою очередь, становятся движущей сило интрузионных процессов Характерной чертой таких процессов являете то, что они протекают за счет высвобождения доступной потенциально энергии столба жидкости без дополнительного источника энергии. В это связи развитие методов параметризации потоков тепла и соли пр интрузионном расслоении и получение оценок потерь тепла АВ являют актуальными задачами для объяснения и моделирования клима Арктики

В процессе работы над диссертационным исследованием м следовали концепции объединения лабораторных и теоретическ исследований термохалинных интрузий и данных наблюдений это феномена в Арктическом бассейне При этом был выполнен анал систематических СГО-измерений (сопёисйу^^етрегайдге-берШ), а так: уникальных записей профилей температуры, солености и скоросте течений, полученных на притопленных буйковых станциях ново поколения в северной части моря Лаптевых Это позволило улучши наши представления об особенностях формирования и развит термохалинных интрузий и определить вклад интрузионных структур процессы тепло- и солеобмена Поэтому исследования по данной темати представляются оправданными и актуальными.

Цель диссертационной работы

Исследовать основные характеристики интрузионнь термохалинных структур в северной части моря Лаптевых и определи интенсивность вертикального и горизонтального тепло- и солеобме через интрузии

Для достижения этой цели решались следующие задачи

1) Определение пространственно-временных характерней интрузионных образований и выполнение классификации интрузий

2) Исследование механизмов поддержания и разрушения интрузий.

Анализ существующих параметризаций интенсивности обмена в режимах дифференциально-диффузионной неустойчивости жидкости и развитие схем их параметризации

Исследование кросфронтального переноса тепла и соли интрузиями Расчет суммарных потоков тепла и соли в условиях интрузионного расслоения в районе исследования

Основные положения, выносимые на защиту

Систематизация интрузий в северной части моря Лаптевых Закономерности изменений термохалинных и динамических рактеристик в итрузионных образованиях.

Квазистационарность термохалинных интрузий на основании ехлетних измерений в глубоководной части моря Лаптевых. Соотношение, связывающее величину коэффициента фонового ртикального обмена теплом и солью с величиной вертикального и ризонтального (кроссфронтально вдоль интрузии) плотностного отношения для условий стационарного интрузионного процесса. Оценки интенсивности каскадного переноса тепла через 1сокоградиентные прослойки интрузий на верхней границе лантических вод в условиях неизопикничности интрузионного процесса Оценки теплоотдачи на боковой границе струи атлантических вод при шчие стационарных интрузий

Научная новизна

Научная новизна работы заключается в следующем. Впервые выполнена систематизация интрузий в северной части моря птевых.

Впервые подробно изучена изменчивость термохалинных и намических характеристик интрузионных образований Установлена квазистационарность термохалинных интрузий на новании трехлетней серии измерений.

Впервые получены оценки потоков тепла и соли в интрузиях и отношение потоков на боковой границе струи атлантических вод и посредственно на ее верхней границе.

Практическая значимость работы

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планов тематикой ААНИИ (в рамках тем Российского Фонда Фундаментальнь исследований и подпрограммы ФЦП «Исследование природы Мирово океана») и в рамках международного научно-техническо сотрудничества по российско-американскому проекту ABJIA Полученные результаты могут быть использованы для оцен интенсивности процессов обмена на вертикальных и боковых границ промежуточной водной массы атлантического происхождения Арктическом бассейне Предложенный метод оценивания интенсивное вертикального турбулентного обмена, в основе которого леж предположение о стационарности тонкой вертикальной структуры, районе исследования, позволяет получать оценки коэффициентов обме для решения практических задач В частности, интенсивное вертикального и горизонтального обмена теплом и солью могут бь включены в соответствующие блоки гидродинамических моделей в bi соотношений, предложенных в работе Это позволит улучши параметризацию механизмов обмена в существующих моделях и т самым повысить их прогностическую ценность

Апробация работы и публикации

Основные результаты работы докладывались на итоговой сесс Ученого совета ААНИИ (2002), на семинарах лаборатор гидрологического режима Северного Ледовитого океана отде океанологии ААНИИ (2004) и Международного Арктического Научно Центра (IARC, Фэрбанкс, 2005), а также на конференции Международн Ассоциации Морских Физических Наук (IAPSO) по вопрос перемешивания в океане (Виктория, 2004) и на 13-ой конференц Американского Геофизического Общества, посвященной исследовани океана (Гонолулу, 2006) Часть результатов получена в рамках работы н проектом «Термический режим придонного слоя моря Лаптевых эволюция подводной вечной мерзлоты», выполняемого по гран Российско-германской лаборатории Морских и полярных исследован им О Ю Шмидта Работа над темой диссертации была также поддержа грантом Всемирного Офиса Морских Исследований (award № 00014-054021 of Office of Naval Research Global) в 2005 г Некоторые полученные

оде работы над диссертацией результаты опубликованы в ряде статей и зисов

По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, включая зисы докладов на международных конференциях.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка тературы. Общий объем работы составляет 207 страниц, включая 87 сунков и 9 таблиц Список литературы составляет 150 наименований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение

Во введении сформулированы проблема, ее актуальность, цель и 1,ачи работы, защищаемые положения, практическое значение и робация

Глава 1. Интрузионное расслоение Арктического бассейна

В первом параграфе приводится краткое физико-географическое исание района исследований, в том числе особенности вертикальной рмохалинной структуры вод Арктического бассейна в исследуемом йоне Рассмотрена определяющая роль атлантических вод в тепловом лансе Северного Ледовитого океана Приводятся оценки различных торов об интенсивности теплоотдачи на верхней границе атлантических Д.

Во втором параграфе дается обзор факторов, которые являются ичиной интрузионного расслоения в областях фронтальных разделов и казано, что механизм дифференциально-диффузионной (ДД) устойчивости является основной движущей силой термохалинных трузий за счет высвобождения доступной потенциальной энергии, тасенной в дестабилизирующем вертикальном распределении одной из мпонент жидкости Приведены факты, подтверждающие широкую спространенность термохалинных интрузий в Северном Ледовитом еане, а также основные предположения о местах их начального ■рмирования и развития.

Глава 2. Пространственно-временная изменчивость термоха( линных интрузий северной части моря Лаптевых

В первом параграфе второй главы дается подробное описани океанографических данных, используемых при выполнении работы. 1 ним относятся данные СТО-зондирований и ежедневных наблюдений з! температурой, соленостью и скоростями течений, полученных пр1 помощи профилемера на трех притопленных буйковых станциях (ПБС) северной части моря Лаптевых в 2002-2005 гг. Выполнен аналг-гидрологических условий, на фоне которых происходят процесс; интрузионного расслоения на боковых границах ядра АВ.

Второй параграф посвяще: поиску и выделению идентичны интрузий на близлежащ^ океанографических станциях, также описанию нового мето. исследования пространственно трехмерной структуры термох линных интрузий, основанное на триангулировании исходно| сети океанографических станцю Применение метода трианг! ляции позволяет определив

34.55 34.5 34.65 34.7 34.75 34.8 34.85 34.9 34.95 ПрОСТОаНСТВеННуЮ ИЗМвНЧИВОСТ Соленость Г г

_ , „ основных характеристик интр,

Рис. I. Эволюция температуры и г г г^

солености внутри теплых соленых зионных образований в рано интрузий в течение года. исследования, к числу которь^

можно отнести значена плотностного соотношения вдоль интрузий, значения вертикальною плотностного соотношения на вертикальных границах интрузий, глубин; и толщины интрузий и углы наклона последних к горизонтально, плоскости и др. Показано, что пространственная когерентное! интрузионных структур уменьшается по мере удаления от основной стру АВ и при приближении к материковому склону, где когерентное^ полностью исчезает.

В третьем параграфе исследуется временная изменчивом характеристик термохалинных интрузий по результатам годовой запи ежедневных профилей температуры и солености полученны

| .......... ТБ-криван первого [ 4 А'

1 профиля профилемера [ $ д

/ '" - у' '"/ " / / . •> /

/ / / / . $ 226 м 41&Г/

/ / .А

/ / / / & / / г бб'м ' 'Йс

/ •/ А /

/ \ / / / /

/ •*/ /

/ Ж ! / 1 (

! М / / I /

/ 102 и/ ' / ' /

7 140 ы Щ/ / 1 '

Ж 1 / /

/ / 'У / / /'.V /

рофилемером на ПБС Совместный анализ интрузионных структур, ыделенных по СТБ-зондированиям и при помощи профилемера, показал, то интрузии являются квазистационарными объектами и располагаются а изопикнических поверхностях, которые остаются практически еизменными в течение всего трехлетнего периода наблюдений (рис 1)

В четвертом параграфе выполнен анализ тонкоструктурных ертикальных неоднородностей, который позволил выделить два слоя, в аждом из которых тонкоструктурные вариации являются следствием :бо преимущественно процессов изопикнической адвекции (нижняя асть ядра АВ), либо следствием процессов вертикального обмена верхняя и центральная часть ядра)

Глава 3. Механизмы поддержания и разрушения интрузий в еверной части моря Лаптевых

В первом параграфе дается описание трехмерной структуры ермохалинных интрузий из которой следует, что термохалинные нтрузии, распространяясь от ядра АВ в сторону материкового склона и ткрытой части бассейна, поднимаются относительно горизонтальной оверхности, как правило, с увеличением плотности внутри интрузии ис.2).

Во втором параграфе исследуется процесс разрушения тонкой труктуры интрузионного происхождения под действием езомасштабных внутритермоклинных вихрей Показано, что только в ентральной части наиболее интенсивного из наблюдаемых вихрей (со ачениями орбитальных скоростей достигающими 25 см/с), происходит астичное или полное разрушение инверсионных вертикальных ермохалинных структур и вырождение последних в строгую /пенчатую Эти случаи сопровождаются появлением в вертикальных рофилях плотности хорошо выраженных инверсий с отрицательными ачениями устойчивости при значениях средней плотности кинетической ергии на уровне 8.5 Дж/м3 в области ядра АВ

Запад

Стержень

атпвнтичвскхм

вод

Рис,2.Трехмерная структура отдельной теплой соленой интрузии,

распространяющейся из области основной струи АВ в сторону материкового шельфа на глубине 300-320 м (СТВ съемка 2002 г.)

Изопикническое осреднение информации, полученной на ИБС показало, что области с наименьшими значениями чисел Ричардсона (ка^ критерия зон наиболее вероятного формирования мелкомасштабно турбулентности) приурочены к верхней высокоградиентной границ теплых соленых интрузий. Характерное бимодальное распределен^ модуля мелкомасштабной составляющей горизонтальной с ко роста подтверждает результаты лабораторных экспериментов по исследование тонкой динамической структуры. Значения интрузионных составляющИ| скорости составляет от 3 до 6 мм/с (рис.3).

В третьем параграфе обсуждается вклад процессо дифференциально-диффузионного обмена в формированй горизонтальной изменчивости характеристик термохалинных интрузий 1 точки зрения существующих представлений. Показано, что существу; несоответствие между наблюдаемыми пространственными вариацияМ| характеристик и теоретическими представлениями, что объясняете достаточно грубым представлением процессов вертикального обмена н границах интрузий и связанного с ним результирующего поток плавучести в ряде исследований. Указана необходимость использована более сложной формы аппроксимации вертикальных обменных процессу для объяснения стационарности наблюдаемых интрузионных структур.

ю

Число Ричардсона 2 4 в в 10 12 14

<\0 0.2

, см/с 0.4

<&1//д&>. см/с/м 0.2 0.4 0.6

180 .

200 -

260 -

300 -

Рис. 3. Профили средних значений модуля аномалии скорости течения, среднего значения модуля сдвига скорости и чисел Ричардсона, изопикнически осредненных за годовой период измерений на ПБС

Глава 4. Влияние интрузионных структур на особенности тепло-и солеобмена атлантических вод в северной части моря Лаптевых

В четвертой заключительной главе диссертационной работы, анализируются результаты расчетов интенсивности переноса тепла и соли на вертикальных границах термохалинных интрузий

В первом параграфе обсуждаются основные особенности параметризаций обменных процессов в режиме дифференциально-диффузионной неустойчивости и их зависимость от величины вертикального плотностного соотношения.

Второй параграф посвящен анализу особенностей режимов дифференциально-диффузионной неустойчивости в северной части моря Лаптевых в области ядра АВ и на их верхней границе. Получены распределения повторяемости различных значений вертикального плотностного соотношения на вертикальных границах выделенных интрузий за годовой период наблюдений и показано, что режим послойной конвекции является доминирующим типом стратификации на верхней границе атлантических вод как в области высокоградиентных прослоек, так и в слоях.

В третьем параграфе рассматриваются два подхода к исследованию наблюдаемого устойчивого состояния термохалинных интрузий в северной части моря Лаптевых изопикничный и диапикничный

Для рассмотрения изопикнического сценария устойчивого состояния интрузий применен метод разделения потоков на вертикальных границах интрузий, связанных с существованием механизма дифференциально-диффузионной неустойчивости с одной стороны и фоновой турбулентностью, возникающей за счет действия других факторов Получен вид эмпирической зависимости интенсивности фоновой турбулентности от значений потоков массы в режиме дифференциально-диффузионной неустойчивости на вертикальных границах интрузий в виде

К' =-

Гс—1 др

1 р дг

(др -ЁР)

йг 1,

(1)

где. индекс 1 и 2 относятся к верхней и нижней границе теплой соленой интрузии соответственно, К^ - коэффициент вертикального обмена массой в режиме послойной конвекции или солевых пальцев, др/дг-вертикальный градиент потенциальной плотности на границах интрузии

Учитывая, что основной перенос происходит в области высокоградиентной прослойки интрузии, уравнение (1) может быть преобразовано к зависимости от интенсивности обмена теплом или солью в дифференциально-диффузионном режиме в прослойке в виде.

К' = -К?

Яг ' 1

(2)

К' =-к

¿с!

или

(3)

где - вертикальное потоковое соотношение; Кр плотностное соотношение

вертикальное

В качестве исходных параметризаций для в уравнениях (1-3) были использованы параметризация Шмидта (1981, 1988) для режима солевых пальцев и параметризации Федорова (1986) и Келли (1984, 1990) для режима послойной конвекции Для оценки интенсивности передачи тепла и соли в режиме изопикнического расслоения были использованы результаты ежесуточных наблюдений на ПБС Было определено, что параметризация Федорова дает в 2-3 раза более высокие потоки тепла и соли, чем параметризация послойной конвекции, предложенная Келли. Сравнение результирующих потоков с оценками, полученными из анализа характерных масштабов горизонтальной изменчивости температуры внутри отдельных интрузий и характерной скорости интрузионных движений, показало, что параметризация Федорова имеет тенденцию переоценивать вертикальные потоки, как тепла, так и соли внутри интрузий.

Анализ устойчивого состояния интрузионных структур по сценарию диапикнического расслоения выполнялся с привлечением пространственных данных СТО зондирований По аналогии с изопикническим сценарием была получена зависимость интенсивности фоновой турбулентности от значения плотностного соотношения вдоль интрузии в кроссфронтальном направлении и суммарных дифференциально-диффузионных потоков тепла и соли на вертикальных границах интрузии-

А, яА-^т

К' =_«__(4)

V А Л / V Л / /

ог 1 ог 2 ог \ дг 2 сс

гииЮЛ Г as^ (говдТЛ (г»0дГ

" &J, А*Ч г ärJrrr

результирующие потоки тепла и внутри отдельной интрузии за

дТ/

счет механизмов дифференциальной диффузии, - величина

ß°%l

горизонтального плотностного соотношении вдоль интрузии в кроссфронтальном направлении.

Принимая во внимание, что основной перенос тепла и соли происходит через высокоградиентную прослойку интрузии, уравнение (4) преобразуется к виду:

1-Л

к* - я —

F

или

к'

^ кР - я,л

(5)

(6)

На рис.4 представлены результаты вычисленной интенсивности вертикального переноса тепла на границах интрузионных образований в зависимости от задаваемых значений плотностного соотношения вдоль интрузий.

А

Температура, "С 0.4 0.8 ' 1.2 1.6

Температура, "С 0.4 0.8' 1.2 1.6

180 200

3;

| 220 -| ^ 240 26 0 280 300 -

2.6 ± 0.4 ^

—йЛьОЛ.....* |3

5 Вт/мг

|

.....I. 7.3 ±1.1

0.2 ±0.1 а

......................I 6.5 А 1.1

0.5 ±0.1

"Г"

| 3.3 ±0.6

КГ-1

Т /

5 Вт/м2

1.8 ±0.7

■ 0.в±0.2

0.4*0.2

т /

Рис. 4. Осредненные за год вертикальные потоки тепла на границах интрузий наПБС при 2?/ = -1 (а), а также при использовании реальных значений Л/ по данным СГО-съемок (б)

В случае применения изопикнического сценария интрузионного расслоения (рис 4а), результирующие потоки тепла через высокоградиентные прослойки оказываются выше, чем при рассмотрении диапикнического сценария развития интрузионного процесса Так, применение реально измеряемых значений вдольинтрузионного плотностного соотношения по результатам СГО-съемок в 2002-2004 гг показало, что учет неизопикничности интрузионного процесса уменьшает величину потоков в среднем на 30-40% на верхней границе ядра АВ и на 80-90% в центральной части ядра (рис 46)

В четвертом параграфе главы обсуждаются вопросы, связанные с верификацией значений фонового вертикального турбулентного обмена теплом и солью При этом определено, что интенсивность вертикального турбулентного обмена за счет неустойчивости свободных внутренних волн существенно меньше необходимой для поддержания устойчивого состояния термохалинных интрузий (в рамках существующих представлений об интенсивности вертикального обмена в режиме послойной конвекции)

Получены доказательства сопряженности тонкой термохалинной и динамической структуры в интрузионных слоях Показано соответствие между скоростями диссипации энергии турбулентности, оцененными из уравнения баланса энергии развитой турбулентности, и полученной через характерные значения вертикальных сдвигов скоростей течения в области высокоградиентной прослойки интрузии.

Выполнено сравнение измеренных и рассчитанных скоростей внутри теплых соленых интрузий При этом установлено, что максимальное соответствие достигается при задании значений горизонтального градиента температуры поперек фронтальной зоны в 15°-2 0°/100 км Такой перепад температур примерно соответствует разнице между температурой ядра АВ в районе северней Шпицбергена - Земли Франца Иосифа и температурой на периферии струи АВ в северной части моря Лаптевых Это обстоятельство свидетельствует о том, что по мере своего развития на границе фронтального раздела, термохалинные интрузии переносятся вместе с основной струей АВ вдоль материкового склона от пролива Фрама в восточную часть бассейнов Нансена и Амундсена

В^связи с тем, что интрузии являются процессом подсеточного масштаба для существующих гидродинамических моделей океана, в заключении параграфа отдельно рассмотрен эффект горизонтального

обмена, который осуществляется направленным переносом тепла и соли в интрузионных прослойках поперек линии фронта Использование модели Джойса (1977), которая описывает связь между коэффициентом крупномасштабного горизонтального обмена и параметры мезомасштабных стационарных интрузионных структур в виде

позволило получить характерное значение коэффициента горизонтального обмена в 420 м2/с Применение полученных характерных оценок вертикального и горизонтального обмена в интрузиях позволило оценить их вклад в общую отдачу тепла от слоя АВ в окружающее пространство Было определено, что потери тепла на боковых границах АВ оказывается более чем на порядок выше, потерь тепла в области верхнего термоклина При этом отмечается, что в конечном счете все тепло, участвующее в горизонтальном обмене, в конечном итоге передается в вышележащие слои воды, например, при выходе интрузий в район материкового склона и последующего их разрушения за счет динамических факторов

Основные выводы исследования

1 На основании регулярных СТБ наблюдений и ежесуточных профилей температуры, солености и скоростей течения, полученных на притопленной буйковой станции, выполнена систематизация термохалинных интрузий в северной части моря Лаптевых

2 Анализ профилей температуры и солености на близлежащих океанографических станциях и последовательных профилях ПБС позволил выделить элементы тонкой вертикальной структуры, относящиеся к идентичным интрузиям Определены основные закономерности изменения термохалинных характеристик выделенных интрузий в пространстве

3. Показано, что по мере распространения термохалинных интрузий от ядра атлантических вод в сторону материкового склона или в сторону открытой части бассейна, интрузии поднимаются относительно горизонтальной поверхности. При этом потеря тепла превышает

(7)

потерю солей, за счет чего интрузии становятся более плотными и заглубляются относительно поверхностей равной потенциальной плотности

4 Установлена квазистационарность режима интрузионного расслоения в течение трехлетнего периода наблюдений в глубоководной части моря Лаптевых

5 На основании положения о квазистационарности режима термохалинных интрузий получено соотношение, связывающее интенсивность фонового вертикального турбулентного обмена теплом и солью внутри интрузий с величинами вертикального плотностного соотношения и кроссфронтального плотностного соотношения вдоль интрузии

6 Установлена сложная динамическая структура перемежающихся теплых соленых и относительно более холодных и пресных интрузий. Слои теплой соленой и относительно более холодных и пресных интрузий двигаются в противоположных направлениях со средними скоростями от 3 до 5 мм/с Также показано, что в области высокоградиентной прослойки создаются более благоприятные условия для возникновения турбулентности, обусловленные существованием вертикального сдвига горизонтальной скорости

7 Получены оценки интенсивности каскадного переноса тепла и соли на верхней границе атлантических вод и показано, что учет фоновой турбулентности имеет существенное значение при оценивании потоков на вертикальных границах интрузий и динамики этих образований, увеличивая эффективные потоки тепла и солей

8 Рассмотрено два сценария существования стационарного режима интрузионного расслоения изопикнический и диапикнический Определено, что учет неизопикничности интрузионного процесса уменьшает величину потоков в среднем на 30-40% на верхней границе ядра АВ и на 80-90% в центральной части ядра Разброс полученных оценок интенсивности вертикального турбулентного обмена в интрузиях составляет от 1 8 10~7 до 10"5 м2/с Значения результирующих потоков тепла через высокоградиентные прослойки интрузий варьируются от 0 5 Вт/м2 в центральной части ядра и до 1 2-1 8 Вт/м2 на верхней границе АВ При этом показано, что запирающие слои не могут оказывать существенного влияния на процессы передачи тепла и соли от ядра АВ к поверхности

9 Получены оценки теплоотдачи на боковой границе струи атлантических вод при наличие стационарных интрузий. При этом теплоотдача через боковые границы атлантических вод более чем на порядок больше, чем потери тепла через верхнюю границу вод атлантического происхождения

Список основных работ по теме диссертации

1 Термический режим придонного слоя моря Лаптевых и процессы, его определяющие // Криосфера Земли. - 2001 т 5 № 3 - С 40-55 (совместно с Дмитренко И.А, Хьюлеманн Й., Вегнер К., Грибановым В.А , Березовской С Л. и Кассенс X ) 2. Интрузии вод на склоне шельфа моря Лаптевых // Итоговая сессия Ученого совета ААНИИ по результатам работ 2002 г Тезисы докладов Экспресс информация. - 2003 - С 17 (совместно с Тимоховым Л А, Карпий В Ю , Лебедевым Н В и Гармановым АЛ)

3 Влияние сдвиговой неустойчивости внутренних волн на процессы вертикального турбулентного теплообмена на шельфе моря Лаптевых // Доклады АН - 2003 т 390 № 4. - С 533-537 (совместно с Дмитренко И.А, Даровских А Н. и Эйкеным X.).

4 Cross-frontal interleaving structures m southern part of the Nansen Basin in the Arctic Ocean // Abstracts of lAPSO/SCOR Ocean Mixing Conference - Victoria, Canada. - 2004. - P. 104 (совместно с Тимоховым Л А и Дмитренко И А.)

5 Double-Diffusive Mixing Through the Laptev Sea Interleaving // 13th AGU Ocean Sciences Meeting - Honolulu, US. - 2006 (совместно с X Симмонсом, Л А Тимоховым и И.А Дмитренко)

6 Seasonal Variability of Atlantic Water on the Continental Slope of the Laptev Sea during 2002-2004 // Earth and Planetary Science Letter -2006 dor 10 1016/j.epsl 2006.01.067 (совместно с И.А Дмитренко, И В Поляковым, Л.А.Тимоховым Л А., X.Симмонсом, В В Ивановым и Д Уолшем)

7 Spatial variations in ice formation onset in the Laptev Sea. consecuence of the vertical heat fluxes caused by internal waves overturning Berichte zur Polar- und Meeresforschung. - 2007. - V. 76 № 3 (в печати)

8 Термохалинные интрузии северной части моря Лаптевых // Труды Аркт и антаркт ин-та (совместно с Л А Тимоховым, И А Дмитренко, И В Поляковым - в печати)

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Кириллов, Сергей Александрович

Введение.

1. Интрузионное расслоение Арктического бассейна.

1.1. Общая характеристика района исследований.

1.2. Определение интрузии и факторы, определяющие развитие интрузий в океане (формирование условий, благоприятных для развития интерливинга в арктическом бассейне).

1.2.1. Факторы, способствующие формированию интрузий.

1.2.2. Распространенность интрузий в CJTO.

1.2.3. Происхождение интрузий арктического бассейна.

2. Пространственно-временная изменчивость термохалинных интрузий северной части моря Лаптевых.

2.1. Материалы экспедиционных наблюдений.

2.1.1. СТД данные.

2.1.2. Информация, полученная на притопленных буйковых станциях

2.1.3. Зондирования, выполненные на дрейфующей станции СП-29.

2.2. Характеристики интрузий и их пространственное распределение.

2.3. Временная изменчивость характеристик интрузий.

2.4. Пространственная изменчивость интрузий.

3. Механизмы поддержания и разрушения интрузий в северной части моря Лаптевых.

3.1. Трехмерная термохалинная структура интрузий.

3.2. Влияние мезомасштабных внутритермоклинных вихрей на тонкую интрузионную структуру.

3.3. Механизмы формирования и поддержания интрузий.

4. Влияние интрузионных структур на особенности тепло- и массообмена атлантических вод в северной части моря Лаптевых.

4.1. Характерные особенности дифференциально-диффузионной неустойчивости.

4.2. Особенности параметризации дифференциально-диффузионных потоков в северной части моря Лаптевых.

4.3. Развитие схем параметризации потоков тепла и соли на границах интрузий.

4.3.1. Изопикническое интрузионное расслоение.

4.3.2. Диапикническое интрузионное расслоение.

4.3.3. Диссипация энергии турбулентности.

4.4. Оценка скоростей внутри интрузий и их сравнение с измеренными скоростями течений.

4.4.1. Соответствие термохалинной тонкой структуры и тонкой структуры скоростей течений.

4.4.2. Соответствие рассчитанных и измеренных скоростей внутри интрузий.

4.4.3. Интенсивность горизонтального обмена теплом и солью.

Основные результаты работы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Термохалинные интрузии в северной части моря Лаптевых и их вклад в процессы вертикального тепло- и солеобмена"

Актуальность проблемы

Арктический регион по праву считается одним из ключевых районов, отражающим и участвующим в формировании климатических изменений. Состояние природной системы Арктического бассейна наиболее быстро реагирует на любые крупномасштабные изменения климата, происходящие на нашей планете, благодаря присутствию обширного ледяного покрова и большого количества механизмов обратных связей. В связи с этим изменение климата Арктического региона привлекает все более пристальное внимание ученых и поэтому, как никогда раньше, встает задача правильного понимания всего комплекса природных процессов, протекающих как на поверхности Северного Ледовитого Океана (CJIO), так и в толще его вод.

Если говорить о климатических изменениях в Арктике, то основную роль в них играют атлантические воды (АВ), которые проникают в арктический бассейн (АБ) через пролив Фрама и, частично, через глубоководные желоба в северной части Карского моря. Относительно более теплые и соленые, АВ являются основным источником океанического тепла в Арктике /1, 2/. По мере распространения в пределах Евразийского бассейна в системе циклонического круговорота, АВ постепенно теряют начальный запас как соли, так и тепла, которые, высвобождаясь, оказывают значительное влияние на климат полярных и умеренных областей /3, 4/. Так в исследовании /5/ показана существенная зависимость между колебаниями в притоке тепла, поступающего в Северный Ледовитый океан с АВ и целого ряда параметров, в числе которых толщина нарастающего за холодный период года льда, температура приземного слоя, характер атмосферной циркуляции и ледовитость северных частей морей Карского и Лаптевых в течение зимнего периода. Этому, по всей видимости, способствует вертикальный теплообмен на верхней границе вод атлантического происхождения, интенсивность которого традиционно оценивалась на основе сильно сглаженных профилей температуры, полученных с помощью наблюдений, выполненных на стандартных горизонтах. Однако, с началом активного внедрения в океанографическую практику измерительных комплексов непрерывного зондирования (батитермографов, обрывных термозондов и прочих зондирующих приборов), удалось установить повсеместное присутствие в вертикальных распределениях, как температуры, так и солености, более сложных элементов вертикального распределения, получивших название тонкоструктурных или тонкой структуры, характеризующейся существованием неоднородностей с вертикальными масштабами до нескольких десятков метров. Арктический бассейн не является исключением и, начиная с 1981 г., когда в районе к северу от Шпицбергена в слое атлантических вод было впервые обнаружено присутствие тонкоструктурных вариаций интрузионного происхождения в вертикальных распределениях температуры и солености /6/, похожие неоднородности неоднократно фиксировались в различных частях CJ10. Частая встречаемость тонкой термогалинной структуры в арктическом бассейне дает основание для более тщательного исследования этого явления и его влияния на вертикальное перераспределения тепла АВ в условиях интрузионного расслоения океана.

Согласно А. С. Монину основным источником перемешивания в океане могут быть вертикальные градиенты скорости дрейфовых и стратифицированных крупномасштабных течений, опрокидывание поверхностных волн, свободная гравитационная конвекция, неустойчивость течений в придонном пограничном слое и неустойчивость градиентов скорости внутренних волн 111. Существование ледяного покрова и сравнительно небольшая глубина осенне-зимней конвекции создают условия, когда потеря тепла атлантических вод в Арктике может осуществляться только за счет эффектов связанных с внутренними волнами и неустойчивых градиентов скорости крупномасштабных течений. Одновременно с этим некоторые исследователи отмечают пониженный уровень энергии внутренних волн в глубинных водах арктического бассейна /8, 9, 1О/. В этих условиях одним из возможных механизмов вертикального перемешивания являются процессы дифференциальной (или двойной) диффузии, приводящих к различной интенсивности вертикального переноса тепла и соли и способствующих, таким образом, возникновению неоднородностей в поле плотности /11/. Это приводит к появлению горизонтальных градиентов давления, которые, в свою очередь, становятся движущей силой интрузионных процессов, приуроченных к зонам фронтальных разделов арктического бассейна. Характерной чертой таких процессов является то, что они протекают за счет высвобождения доступной потенциальной энергии столба жидкости без дополнительного источника энергии. В работах /12, 13/ отмечается важность дифференциально-диффузионной неустойчивости в формировании глобальной структуры главного термоклина и в перемешивании водных масс на фронтальных разделах. К.Н. Федоров справедливо отмечал, что «формирование и растекание интрузионных элементов тонкой термохалинной структуры.» является одним из основных механизмов, ответственных за трансфронтальное перемешивание и перенос тепла и соли через фронтальные разделы /14/. При этом чувствительность циркуляции и структуры водных масс к неоднородному тепло- и солеобмену была продемонстрирована ранее в моделях ряда авторов /15, 16, 17/.

Несмотря на многочисленные попытки математически описать процесс интрузионного расслоения с помощью теории нестабильности вследствие эффектов дифференциальной диффузии, предложенной еще в 1967 г. Штерном /18/, и определить степень влияния интрузий на эволюцию водных масс, до сих пор точного ответа на вопрос с какой именно скоростью протекают процессы обмена посредством термохалинных интрузий. В первую очередь это связано с отсутствием обеспеченных по пространству натурных измерений /19/ и попытками представить обменные процессы на вертикальных границах интрузий в упрощенном виде /18, 19, 20, 21, 22/. При этом математическая модель описывает поведение какой-либо системы исходя из существующих представлений (или законов) о ее функционировании и если последние являются ложными, то, очевидно, что использование модели любого рода становится в высшей степени сомнительной. Об этом в свое время справедливо отмечал К.Н.Федоров, который один из первых обратил внимание на неразрывную связь теории, практики и эксперимента. Настоящая работа является связующим звеном, позволяющим применить результаты лабораторных и теоретических исследований процессов дифференциальной диффузии и связанного с этим феноменом интрузионного расслоения для интерпретации зигзагообразных структур, наблюдаемых в Арктическом бассейне. Цель диссертационной работы

Исследовать основные характеристики интрузионных термохалинных структур в северной части моря Лаптевых и определить интенсивность вертикального и горизонтального тепло- и солеобмена через интрузии. Основные задачи исследования

1) Определение пространственно-временных характеристик интрузионных образований и выполнение классификации интрузий.

2) Исследование механизмов поддержания и разрушения интрузий.

3) Анализ существующих параметризаций интенсивности обмена в режимах дифференциально-диффузионной неустойчивости жидкости и развитие схем их параметризации.

4) Исследование кросфронтального переноса тепла и соли интрузиями.

5) Расчет суммарных потоков тепла и соли в условиях интрузионного расслоения в районе исследования.

Научная новизна диссертации

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые выполнена систематизация интрузий в северной части моря Лаптевых.

2. Впервые подробно изучена изменчивость термохалинных и динамических характеристик интрузионных образований.

3. Установлена квазистационарность термохалинных интрузий на основании трехлетней серии измерений.

4. Впервые получены оценки потоков тепла и соли в интрузиях и соотношение потоков на боковой границе струи атлантических вод и непосредственно на ее верхней границе.

Научная и практическая значимость

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с плановой тематикой ААНИИ (в рамках тем Российского Фонда Фундаментальных исследований и подпрограммы ФЦП «Исследование природы Мирового океана») и в рамках международного научно-технического сотрудничества по российско-американскому проекту АВЛАП. Полученные результаты могут быть использованы для оценок интенсивности процессов обмена на вертикальных и боковых границах промежуточной водной массы атлантического происхождения в Арктическом бассейне. Предложенный метод оценивания интенсивности вертикального турбулентного обмена, в основе которого лежит предположение о стационарности тонкой вертикальной структуры в районе исследования, позволяет получать оценки коэффициентов обмена для решения практических задач. В частности, интенсивность вертикального и горизонтального обмена теплом и солью могут быть включены в соответствующие блоки гидродинамических моделей в виде соотношений, предложенных в работе. Это позволит улучшить параметризацию механизмов обмена в существующих моделях и тем самым повысить их прогностическую ценность.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались на итоговой сессии Ученого совета ААНИИ (2002), на семинарах лаборатории гидрологического режима Северного Ледовитого океана отдела океанологии ААНИИ (2004) и Международного Арктического Научного Центра (IARC, Фэрбанкс, 2005), а также на конференции Международной Ассоциации Морских Физических Наук (IAPSO) по вопросам перемешивания в океане (Виктория, 2004) и на 13-ой конференции Американского Геофизического Общества, посвященной исследованию океана (Гонолулу, 2006). Часть результатов получена в рамках работы над проектом «Термический режим придонного слоя моря Лаптевых и эволюция подводной вечной мерзлоты», выполняемого по гранту Российско-германской лаборатории Морских и полярных исследований им.О.Ю.Шмидта. Работа над темой диссертации была также поддержана грантом Всемирного Офиса Морских Исследований (award № 00014-05-14021 of Office of Naval Research Global) в 2005 г. Некоторые полученные в ходе работы над диссертацией результаты опубликованы в ряде статей и тезисов.

По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, включая тезисы докладов на международных конференциях. Положения, выносимые на защиту

1. Систематизация интрузий в северной части моря Лаптевых.

2. Закономерности изменений термохалинных и динамических характеристик в итрузионных образованиях.

3. Квазистационарность термохалинных интрузий на основании трехлетних измерений в глубоководной части моря Лаптевых.

4. Соотношение, связывающее величину коэффициента фонового вертикального обмена теплом и солью с величиной вертикального и горизонтального (кроссфронтально вдоль интрузии) плотностного соотношения для условий стационарного интрузионного процесса.

5. Оценки интенсивности каскадного переноса тепла через высокоградиентные прослойки интрузий на верхней границе атлантических вод в условиях неизопикничности интрузионного процесса.

6. Оценки теплоотдачи на боковой границе струи атлантических вод при наличие стационарных интрузий.

Структура диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа содержит 207 страниц, 87 рисунков и 9 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Океанология", Кириллов, Сергей Александрович

Основные результаты работы

Итогом диссертационной работы является законченное исследование зигзагообразных термохалинных структур интрузионного происхождения в северной части моря Лаптевых и получение оценок потоков тепла и соли, связанных с тонкой структурой. В процессе выполнения работы были получены следующие основные результаты:

1. На основании регулярных CTD наблюдений и ежесуточных профилей температуры, солености и скоростей течения, полученных на притопленной буйковой станции, выполнена систематизация термохалинных интрузий в северной части моря Лаптевых.

2. Анализ профилей температуры и солености на близлежащих океанографических станциях и последовательных профилях ПБС позволил выделить элементы тонкой вертикальной структуры, относящиеся к идентичным интрузиям. Определены основные закономерности изменения термохалинных характеристик выделенных интрузий в пространстве.

3. Показано, что по мере распространения термохалинных интрузий от ядра атлантических вод в сторону материкового склона или в сторону открытой части бассейна, интрузии поднимаются относительно горизонтальной поверхности. При этом потеря тепла превышает потерю солей, за счет чего интрузии становятся более плотными и заглубляются относительно поверхностей равной потенциальной плотности.

4. Установлена квазистационарность режима интрузионного расслоения в течение трехлетнего периода наблюдений в глубоководной части моря Лаптевых.

5. На основании положения о квазистационарности режима термохалинных интрузий получено соотношение, связывающее интенсивность фонового вертикального турбулентного обмена теплом и солью внутри интрузий с величинами вертикального плотностного соотношения и кроссфронтального плотностного соотношения вдоль интрузии.

6. Установлена сложная динамическая структура перемежающихся теплых соленых и относительно более холодных и пресных интрузий. Слои теплой соленой и относительно более холодных и пресных интрузий двигаются в противоположных направлениях со средними скоростями от 3 до 5 мм/с. Также показано, что в области высокоградиентной прослойки создаются более благоприятные условия для возникновения турбулентности, обусловленные существованием вертикального сдвига горизонтальной скорости.

7. Получены оценки интенсивности каскадного переноса тепла и соли на верхней границе атлантических вод и показано, что учет фоновой турбулентности имеет существенное значение при оценивании потоков на вертикальных границах интрузий и динамики этих образований, увеличивая эффективные потоки тепла и солей.

8. Рассмотрено два сценария существования стационарного режима интрузионного расслоения: изопикнический и диапикнический. Определено, что учет неизопикничности интрузионного процесса уменьшает величину потоков в среднем на 30-40% на верхней границе ядра АВ и на 80-90% в центральной части ядра. Разброс полученных оценок интенсивности вертикального турбулентного обмена в интрузиях

7 5 2 составляет от 1.8-10" до 10" м /с. Значения результирующих потоков тепла через высокоградиентные прослойки интрузий варьируются от 0.5

2 2 Вт/м в центральной части ядра и до 1.2-1.8 Вт/м на верхней границе АВ.

При этом показано, что запирающие слои не могут оказывать существенного влияния на процессы передачи тепла и соли от ядра .АВ к поверхности.

9. Получены оценки теплоотдачи на боковой границе струи атлантических вод при наличие стационарных интрузий. При этом теплоотдача через боковые границы атлантических вод более чем на порядок больше, чег*! потери тепла через верхнюю границу вод атлантического происхождения.

Благодарности

Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю профессору д.ф.-м.н. Л.А.Тимохову. Также автор благодарен тем, кто помогал ему в исследованиях, выполненных в рамках настоящей работы. В частности, автор благодарит Валерия Владимировича Лукина за любезно предоставленные материалы наблюдений с дрейфующей станции СП-29. За обсуждение работы и критические замечания автор благодарит Б.В.Иванова, П.Н.Головина и В.А.Грибанова (ААНИИ), а также И.А.Дмитренко (Международный Арктический Центр, г.Фэрбанкс, США).

И, наконец, автор высказывает огромную благодарность своей жене за ее моральную поддержку во время написания и представления диссертации.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Кириллов, Сергей Александрович, Санкт-Петербург

1. Тимофеев В.Т. Поступление атлантической воды и тепла в Арктический бассейн // Океанология. - 1961. т. 1. вып. 3. - С. 407-411.

2. Aagard К., Greisman P. Toward new mass and heat budgets for the Arctic Ocean // Journal of Geophysical Research. 1975. - Vol. 80. - P. 3821-3827.

3. Купецкий B.H. Глубинные атлантические воды как причина некоторых особенностей полярного климата // Проблемы Арктики. 1959. № 6. - С. 1321.

4. Панов В.В., Шпайхер А.О. Роль атлантических вод в формировании гидрометеорологического режима Арктических морей. Вопросы гидрологии Арктических морей // Труды ААНИИ. 1963. т. 264. - С. 10-14.

5. Шпайхер А.О. О влиянии атлантических вод на формирование особенностей гидрометеорологических процессов в зимний период (на примере морей Карского и Лаптевых) // Известия Всесоюзного Географического Общества. 1967. т. 99. вып. 2. - С. 114-121.

6. Perkin R.G., Lewis E.L. Mixing in the West Spitsbergen Current // Journal, of Physical Oceanography. 1984. - Vol. 14. - P. 1315-1325.

7. Монин A.C. Основные особенности морской турбулентности // Океанология. 1970. т. 10. вып. 2. - С. 240-248.

8. Levine M.D., Paulson С.А., Morison J.H. Internal waves in the Arctic Ocean: comparision with lower-latitude observations // Journal of Physical Oceanography. 1985. - Vol. 15. - P. 800-809.

9. D'Asaro E.A., Morehead M.D. Internal waves and velocity fine structure in the Arctic // Journal of Geophysical Research. 1991. - Vol.96. - P. 12725-12738.

10. D'Asaro E.A., Morison J.H. Internal waves and mixing in the Arctic Ocean // Deep-Sea Research. 1992. - Vol. 39. - P. 459-484.

11. Carmack E., Aagaard K., Swift J., MacDonald R., McLaughlin F., Jones E., Perkin R., Smith J., Ellis K., Killius L. Changes in temperature and tracer distributions within the Arctic Ocean // Deep-Sea Research. 1997. - Vol. 44. - P. 1487-1502.

12. Schmitt R.W. Form of the temperature-salinity relationship in the central water: evidence for double-diffusive mixing // Journal of Physical Oceanography. -1981.-Vol. 11.- P. 1015-1026.

13. Перескопов A.M., Федоров K.H. Дифференциально-диффузионная конвекция в толще вод океана как климатообразующий фактор // Доклады АН СССР. 1985. т. 265. № 1. - С. 229-232.

14. Федоров К.Н. Физическая природа и структура океанических фронтов. JI. Гидрометеоиздат, 1983. - 296 с.

15. Gargett А.Е., Holloway G. Sensitivity of the GFDL ocean model to different diffusivities for heat and salt // Journal of Physical Oceanography. 1992. - Vol. 22.-P. 1158-1177.

16. Zhang J., Schmitt R.W., Huang R. X. Sensitivity of the GFDL Modular Ocean Model to parameterization of double-diffusive processes // Journal of Physical Oceanography. 1998 - Vol. 28. - P. 589-605.

17. Merryfield W. J., Holloway G., Gargett A.E. A global ocean model with double-diffusive mixing // Journal of Physical Oceanography. 1999. - Vol. 29, -P.l 124-1142.

18. Stern M.E. Lateral mixing of water masses // Deep-Sea Research. 1967. -Vol. 14.-P. 747-753.

19. May B.D., Kelley D.E. Effect of baroclinicity on double-diffusive interleaving // Journal of Physical Oceanography. 1997. - Vol. 27. - P. 1997— 2008.

20. Toole J.M., Georgi D.T. On the dynamics and effects of double-diffusively driven intrusions // Progress in Oceanography. 1981. - Vol. 10. - P. 123-145.

21. Walsh D., Ruddick B. Double-diffusive interleaving: the influence of non-constant diffusivities // Journal of Physical Oceanography. 1995. - Vol. 25. P. 348-358.

22. Walsh D., Ruddick B. R. Nonlinear equilibration of thermohaline intrusions // Journal of Physical Oceanography. 1998. - Vol. 28. - P. 1043-1070.

23. Вертикальная структура и динамика подледного слоя океана / Под ред. Л.А.Тимохова. Л., Гидрометеоиздат, 1989. - 141 с.

24. Никифоров Е.Г., Шпайхер А.О. Закономерности формирования крупномасштабных колебаний гидрологического режима Северного Ледовитого океана. Л. Гидрометеоиздат, 1980. - 272 с.

25. Aagard К., Coachman L.K., Carmack Е.С. On the halocline of the Arctic Ocean // Deep Sea Research. -1981. Vol. 28. - P. 529-545.

26. Nansen F. Oceanography of the North Pole Basin // The Norwegian North Polar Expedition 1893-96, Scientific Results. 1902. - Vol. 2. - 427 p.

27. Тимофеев В.Т. Атлантические воды в Арктическом бассейне // Проблемы Арктики. 1957. № 2. - С. 41-51.

28. Трешников А.Ф., Баранов Г.И. Структура циркуляции вод Арктического бассейна. Л. Гидрометеоиздат, 1972. - 157 с.

29. Coachman L.K., Barnes С.А. The movement of Atlantic water in the Arctic Ocean // Arctic. 1963. - Vol. 16. - P. 8-16.

30. Трешников А.Ф. Поверхностные воды в Арктическом бассейне // Проблемы Арктики. 1959. вып. 7. - С. 5-14.

31. Шпайхер А.О. Адвекция атлантических и тихоокеанских вод как фактор изменчивости климата Арктического бассейна // Изв. АН СССР, сер. Геогр. 1969. № 3. - С. 29-38.

32. Aagard К., Greisman P. Toward new mass and heat budgets for the Arctic Ocean // Journal of Geophysical Research. 1975. - Vol. 80. - P. 3821-3827.

33. Панов B.B., Шпайхер A.O. Влияние атлантических вод на некоторые свойства гидрологического режима Арктического бассейна и прилегающих морей // Океанология. 1963. № 3. - С. 579-590.

34. Чаплыгин Е.И., Шпайхер А.О. Атлантические воды как прогностический фактор // Труды ААНИИ. 1970. т. 293. - С. 5-17.

35. Schauer U., Fahrbach E., Osterhus S., Rohardt G. Arctic warming through the Fram strait: oceanic heat transport from 3 years of measurements // Journal of Geophisical Research. 2004. - Vol. 109. doi: 10.1029/2003JC001823

36. Беляков JI.H. Особенности теплообмена атлантических вод в арктическом бассейне // Проблемы Арктики и Антарктики. 1977. №49. - С. 24-33.

37. Штокман В.Б. О турбулентной диффузии атлантических вод в северозападной части Карского моря // Проблемы Арктики. 1939. № 5. - С. 7-24.

38. Яковлев Г.Н. Турбулентный теплообмен ледяного покрова с воздухом в центральной Арктике // Проблемы Арктики. 1957. вып. 2. - С. 193-204.

39. Лайхтман Д.Л., Ключникова А.А. Роль разводий в тепловом балансе Арктики // Труды Главн. геофиз. обсерв. 1957. вып. 69. - С. 77-79.

40. Сычев К.А. Теплосодержание атлантических вод и расходование тепла в арктическом бассейне // Проблемы Арктики и Антарктики. 1960. № 3. -С. 5-15.

41. Панов В.В. Роль атлантических вод в гидрологическом и ледовом режиме арктических морей // Проблемы Арктики и Антарктики. 1961. вып. 8.-С. 75-77.

42. Федоров К.Н. Тонкая термохалинная структура вод океана. Л., Гидрометеоиздат, 1976. - 184 с.

43. Никифоров Е.Г., Блинов Н.И., Лукин В.В. Некоторые результаты экспедиционных исследований по программе «ПОЛЭКС-Север-76»: Научные результаты ПОЛЭКС-СЕВЕР-76 / Отв. ред. А.Ф. Трешников. Л. Гидрометеоиздат, 1979.-С. 129-146.

44. Padman L., Dillon Т.М. Vertical heat fluxes through the Beaufort Sea thermohaline staircase // Journal of Geophysical Research. 1987. - Vol. 92. - P. 10799-10806.

45. Wallace D., Moore R., Jones E. Ventilation of the Arctic Ocean cold halocline//Deep-Sea Research. 1987. - Vol. 34.-P. 101-145.

46. Padman L., Dillon T.M. Turbulent mixing near the Yermak plateau during Coordinated Eastern Arctic Experiment // Journal of Geophysical Research. -1991.-Vol. 96. P. 4769-4782.

47. Padman L., Dillon T.M. Momentum fluxes through sheared oceanic diffusive-convective steps // Journal of Geophysical Research. 1994. - Vol. 99. -P. 22491-22499.

48. Muench R.D., Dewey R.K., Schauer U. Internal waves and vertical mixing over the Laptev Sea slope // Eds. Lemke P., Anderson L., Barry R., Vuglinsky V. Proceedings of the ACSYS conference on the dynamics of the Arctic climate system. 1996.-P. 441-445.

49. Pacanowsky R.C., Philander S.G. Parameterization of vertical mixing in numerical models of tropical oceans // Journal of Physical Oceanography. -1981. -Vol. 11.-P. 1443-1451.

50. Gregg M.C. Scaling turbulent dissipation in the thermocline // Journal of Geophysical Research. 1989. - Vol. 94. - P. 9686-9698.

51. Rudels В., Anderson L.G., Jones E.P. Formation and evolution of the surface mixed layer and halocline of the Arctic Ocean // Journal of Geophysical Research. 1996. - Vol. 101. - P. 8807-8821.

52. Dewey R., Muench R., Gunn J. Mixing and vertical heat flux estimates in the Arctic Eurasian Basin // Journal of Marine Systems. 1999. - Vol. 21. - P. 199-205.

53. Walsh D., Carmack, E. A note on evanescent behavior of Arctic thermohaline intrusions // Journal of Marine Research. 2002. - Vol. 60. - P. 281310.

54. Walsh D., Carmack E. The nested structure of Arctic thermohaline intrusions. // Ocean Modelling. 2003. - Vol. 5. - P. 267 -289.

55. Гаккель Я.Я. Материковый склон как географическая зона северного ледовитого океана // Известия Всесоюзного Географического Общества. -1957.№6.-С. 493-507.

56. Padman L., Plueddemann A.J., Muench R.D., Pinkel R. Duirnal tides near the Yermak Plateau // Journal of Geophysical Research. 1992. - Vol. 97. - P. 12639-12652.

57. Козубская Г.И., Коняев K.B., Плюдеман А., Сабинин К.Д. Внутренние волны на склоне желоба острова Медвежий по данным эксперимента «Полярный фронт Баренцева моря» // Океанология 1999. т. 39. № 2. - С. 165-173.

58. Коняев К.В., Плюдеман А., Сабинин К.Д. Внутренний прилив на плато Ермак в Северном Ледовитом океане // Изв. АН ФАО. 2000. т. 36. № 4. - С. 542-552.

59. Морозов Е.Г., Писарев С.В. Внутренний прилив в арктических широтах (численные эксперименты) // Океанология. 2002. т. 42. № 2. - С. 165-173.

60. Scientific Cruise Report of the Arctic Expedition ARK-XI/1 of RV Polarstern in 1995 // Rachor E. Berichte zur Polarforschung. 1995. - Vol. 226. -173 p.

61. Schauer U., Rudels В., Jones E., Anderson L., Muench R., Bjork G., Swift J., Ivanov V., Larson A. Confluence and redistribution of the Atlantic water in the Nansen, Amundsen and Makarov basins // Annales Geophysicae. 2002. - Vol. 20.-P. 257-273.

62. Cooper L.H. Vertical and horizontal movements in the ocean // Oceanography. 1961. - P. 599-622.

63. Stommel H., Fedorov N.K. Small scale structure in temperature and salinity near Timor and Mindinao // Tellus. 1967. - Vol. 19. - P. 306-325.

64. Home E.P. Interleaving at the subsurface front in the slope water off Nova Scotia // Journal of Geophysical Research. 1978. - Vol. 83. - P. 3659-3671.

65. Joyce T.M., Zenk W., Toole J.M. The anatomy of the Antarctic polar front in the Drake passage // Journal of Geophysical Research. 1978. - Vol. 83. - P. 6093-6113.

66. Armi L., Hebert D., Oakey N., Price J., Richardson P.L., Rossby Т., Ruddick B. Two years in the life of a Mediterranean salt lens // Journal of Physical Oceanography. 1989. - Vol. 19. - P. 354-370.

67. Stern M.E., Turner J.S. Salt fingers and convecting layers // Deep-Sea Research. 1969. - Vol. 16. - P. 497-511.

68. Turner J.S., Stommel H. A new case of convection in the presence of combined temperature and salinity gradients // Proc. Nat. Acad. Science. USA. -1964.-Vol.52.-P. 49-53.

69. Turner J.S. Salt fingers across a density interface // Deep-Sea Research. -1967.-Vol. 14.-P. 599-611.

70. Thorpe S.A., Hutt P.K., Soulsby R. The effect of horizontal gradients on thermohaline convection // Journal of Fluid Mechanics. 1969. - Vol. 38. - P. 375-400.

71. Ruddick B.R., Turner J.S. The vertical length scale of double-diffusive intrusions // Deep-Sea Research. 1979. - Vol. 26A. - P. 903-913.

72. Holyer J.Y., Jones T.J., Priestly M.G., Williams N.J. The effect of vertical temperature and salinity gradients on double-diffusive interleaving // Deep-Sea Research. 1987. - Vol. 34. - P. 517-530.

73. Stern M.E. The "salt-fountain" and thermohaline convection. "Tellus", 1960.-Vol. 12.-P. 172-175.

74. Woods J.D. The generation of thermohaline finestructure at fronts in the ocean // Ocean modeling. 1980. - Vol. 32. - P. 1-4.

75. Кузьмина Н.П., Родионов В.Б. О влиянии бароклинности на образование термохалинных интрузий во фронтальных зонах океана // Известия АН СССР. ФАО. 1992. т. 28. № 10-11. - С. 1077-1086.

76. Walsh D., Ruddick B.R. Double-diffusive interleaving in the presence of turbulence: the effect of a nonconstant flux ratio // Journal of r Physical Oceanography. 2000. - Vol. 30. - P. 2231-2245.

77. Turner J.S., Veronis G. The influence of double-diffusive processes on the melting of ice in the Arctic Ocean: laboratory analogue experiments and their interpretation // Journal of Marine Systems. 2004. - Vol. 45. - P. 21- 37.

78. Беляков Jl.H., Войнов Г.Н. К вопросу о теплообмене атлантических вод на материковом склоне моря Лаптевых // Труды ААНИИ. 1979. т. 331. - С. 30-36.

79. The expedition ARCTIC '93 Leg ARK-IX/4 of RV Polarstern 1993 // Fiitterer D.K. Berichte zur Polarforschung. 1994. - Vol. 149. - 250 p.

80. Quadfasel D., Sy A., Rudels B. A ship of opportunity section to the North Pole: upper ocean temperature observations // Deep-Sea Research. 1993. - Vol. 40.-P. 777-789.

81. May B.D., Kelley D.E. Growth and steady state stages of the thermohaline intrusions in the Arctic ocean // Journal of Geophysical Research. 2001. - Vol. 106.-P. 16783-16794.

82. Rudels B. Mixing processes in the northern Barents Sea. // Rapp. P. Cons. Int. Explor. Mer. 1989. - Vol. 188. - P. 36-48.

83. Carmack E., Aagaard K., Swift J., Perkin R., McLaughlin F., MacDonald R., Jones E. Thermohaline transitions in Extended IUTAM abstracts. Broome, 1995.

84. Журбас B.M., Озмидов P.B. О внутреннем строении тонкой ступенчатой структуры главного термоклина океана // Океанология. 1983. т. 23. №6.-С. 938-943.

85. Dmitrenko I., Polyakov I., Kirillov S., Timokhov L., Simmons H., Ivanov V., Walsh D. Seasonal Variability of Atlantic Water on the Continental Slope of the Laptev Sea during 2002-2004 // Earth and Planetary Science Letters. 2006. -Vol. 244.-P. 735-743.

86. Rudels В., Bjork G., Muench R.D., Schauer U. Double-diffusive layering in the Eurasian Basin of the Arctic Ocean // Journal of Marine Systems. 1999. -Vol. 21.-P. 3-27.

87. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М., Изд. «Наука», 1970. - 720 с.

88. Ruddick, В. Intrusive mixing in a Mediterranean Salt Lens — intrusion slopes and dynamical mechanisms // Journal of Physical Oceanography. 1992. -Vol. 22.-P. 1274-1285.

89. Морозов Е.Г. Океанские внутренние волны. М. Наука, 1985. - 152 с.

90. Osborn T.R., Сох C.S. Oceanic fine structure // Geophysical Fluid Dynamics. 1972. - Vol. 3. - P. 321-345.

91. Padman L., Dillon T.M. On the horizontal extent of the Canada basin thermohaline steps // Journal of Physical Oceanography. 1988. - Vol. 18. - P. 1458-1462.

92. Karcher M.J., Gerdes R., Kauker F., Koberle C. Arctic warming Evolution and spreading of the 1990s warm event in the Nordic seas and the Arctic Ocean // Journal of Geophysical Research. -2003. Vol. 108. - P. 16.1-16.16.

93. Joyce T.M. A note on the lateral mixing of water masses // Journal of Physical Oceanography. 1977. - Vol. 7. - P. 626-629.

94. Pingree R.D. Mixing in deep stratified ocean // Deep-Sea Research. 1972. -Vol. 19.-P. 549-562.

95. Материалы океанологических исследований. Выпуск 1. Формы тонкой термохалинной структуры океана // Отв. ред. В.М. Журбас, Р.В. Озмидов. -М.: ВИНИТИ.- 1987.- 136 с.

96. Баренблатт Г.И. Динамика турбулентных пятен и интрузии в устойчиво стратифицированной жидкости // Изв. АН СССР. Физика Атмосферы и Океана. 1978. т. 14, № 2. - С. 195-206.

97. McDougall Т. J. Double-diffusive interleaving. Part I: Linear stability analysis//Journal of Physical Oceanography. 1985. - Vol. 15. - P. 1532-1541

98. McDougall T. J. Double-diffusive interleaving. Part II: Finite amplitude steady state interleaving // Journal of Physical Oceanography. 1985. - Vol. 15. -P. 1542-1556.

99. Gregg M.C., Sanford T.B. (1987) Shear and turbulence in thermohaline staircases // Deep-Sea Research. Vol. 34. - P. 1689-1696.

100. Abarbanel H.D., Holm D.D., Marsden J.E., Ratiu, T. Richardson number criterion for the nonlinear stability of three-dimensional stratified flow // Physical Review Letters. 1984. - Vol. 52. - P. 2352-2355.

101. Bormans M. Effect of Rp on double diffusive interleaving // Deep-Sea Research. 1992. - Vol. 39. - P. - 871-884.

102. May B.D., Kelley D.E. Contrasting the interleaving in two baroclinic ocean fronts // Dynamics of Atmospheres and Oceans. 2002. - Vol. 36. - P. 23-42.

103. Мелкомасштабная структура гидрофизических полей верхнего слоя океана / Под ред. Ю.П.Доронина, В.Н.Степанова. М., Московское отд. Гидрометеоиздата, 1988. - 164 с.

104. Yuzhu Y. A global ocean climatological atlas of the Turner angle: implications for double-diffusion and water-mass structure // Deep-Sea Research. -2002. Vol. 49. - P. 2075 -2093.

105. Булатов JT.B., Захаров В.Ф. К изменению теплового состояния Северного Ледовитого океана // Труды ААНИИ. 1978. т. 379. - С. 26-33.

106. Блинов Н.И., Никифоров Е.Г. К вопросу об экранирующих слоях вод в Арктическом бассейне // Труды ААНИИ. 1985. т. 399. - С. 6-13.

107. Jevons W.S. On the cirrous form of cloud // London, Edinburg and Dublin Philos. Maazine and Journal of Science, 4th Series. Vol. 14. - P. 22-35.

108. Шапошников И.Г. К теории конвективных явлений в бинарной смеси // Прикладная математика и механика. 1953. т. 17. № 5. - С. 604-610.

109. Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М. О конвективной неустойчивости двухкомпонентной смеси в поле тяжести // Прикладная математика и механика. 1963. т. 27. № 2. - С. 301-308.

110. Ruddick В. Note: A practical indicator of the stability of the water column to double-diffusive activity // Deep-Sea Research. 1983. - Vol. 30. - P. 1105-1107.

111. Linden P.F. On the structure of salt fingers // Deep-Sea Research. 1973. -Vol. 20.-P. 325-340.

112. Schmitt R.W. The growth rate of super-critical salt fingers // Deep-Sea Research. 1979. - Vol. 26. - P. 23-40.

113. Schmitt R.W. Mixing in thermohaline staircase // Nihoul J. and Jamart B. (Eds). Small-scale turbulence and mixing in the ocean. Elsevier, New-York, 1988.-P. 435-452.

114. Kelley D.E. Effective diffusivities within ocean thermohaline staircases // Journal of Geophysical Research. 1984. - Vol. 89. P. 10484-10488.

115. Kelley D.E. Fluxes through diffusive staircases: A new formulation // Journal of Geophysical Research. 1990. - Vol. 95. - P. 3365-3371.

116. Федоров K.H. Толщины слоев и коэффициенты обмена при послойной конвекции в океане // Доклады АН СССР. Океанология. 1986. т. 287. № 5. -С. 1230-1233.

117. Turner J. S. Buoyancy Effects in Fluids. Cambridge, 1973. - 367 p.

118. Marmorino G.O., Caldwell D.R. Heat and salt transport through a diffusive thermohaline interface // Deep-Sea Research. 1976. - Vol. 23. - P. 59-67.

119. Huppert H.E. On the stability of a series of double-diffusive layers // Deep-Sea Research. -1971. -Vol. 18.-P. 1005-1021.

120. Turner J.S. The coupled turbulent transport of salt and heat across a sharp density interface // Int. Journal Heat Mass Transfer. 1965. - Vol. 8. - P. 759-767.

121. Crapper P.F. Measurements across a diffusive interface // Deep-Sea Research. 1975. - Vol. 22. P. 537-545.

122. Newell Т.A. Characteristics of a double-diffusive interface at high density ratios // J. Fluid Mech. 1984. - Vol. 149. - P. 385-401.

123. Shirtcliffe T.G.L. Transport and profile measurements of a diffusive interface in double-diffusive convection with similar diffusivities. Journal of Fluid Mechanics. 1973. - Vol. 2. - P. 22-43.

124. Foldvik A., Rudels B. Double-diffusive Experiments // Gjevick В., Grue J., Weber J.E. (Eds.). Waves and non-linear processes in hydrodinamics. Kluwer Acad. Publ., Dordrecht, 1996. - P. 239-254.

125. Timmermans M., Garrett C., Carmack E. The thermohaline structure and evolution of the deep waters in the Canada Basin, Arctic Ocean // Deep-Sea Research. -2003. Vol. 50. - P. 1305 -1321.

126. Linden P.F. Salt fingers in the presence of grid-generated turbulence // J. Fluid Mech. -1971. Vol. 49. - P. 611-624.

127. Журбас B.M., Кузьмина Н.П., Лозоватский И.Д. Роль бароклинности в интрузионном расслоении океана// Океанология. 1988. т.28. №1. - С. 50-53.

128. Stewart R.W. Some aspects of turbulence in the Polar seas // Proceedings of the Arctic Basin Symposium. 1963. - P. 122-127.

129. Woods J.D. An investigation of some physical processes assotiated with the vertical flow of heat through the upper ocean // Meteorol. Mag. 1968. - Vol. 97. -P. 65-72.

130. Stringer W.J., Groves J.E. Location and areal extent of polynyas in . the Bering and Chukchi Seas // Arctic. -1991.- Vol. 44. P. 164-171.

131. Дмитренко И.А., Кириллов C.A., Грибанов B.A., Кассенс X. Оценка ледопродуктивности стационарных полыней на шельфе морей Карского и Лаптевых на основе многолетних гидрологических наблюдений // Метеорология и Гидрология. 2001. № 12. - С. 38-49.

132. Dmitrenko I., Tyshko К., Kirillov S., Holemann J., Eicken H., Kassens H. Impact of flaw polynyas on the hydrography of the Laptev Sea // Global and Planetary Change. 2005. - Vol. 48. - P. 9-27.

133. Ruddick В., Hebert D. The mixing of Meddy "Sharon" // Nihoul J., Jamartf B. (Eds.). Small-Scale Mixing in the Ocean. 1988. - Vol. 46. - P. 249 -262.

134. Архипов П.Е., Пантелеев H.A., Чертушкин А.Г., Щербакова Е.Н. Расслоение интрузии в конвекции солевых пальцев // Океанология. 1988. № 28. - С. 54-59.

135. Федоров К.Н. О термохалинных характеристиках фронтов в океане // Доклады АН СССР. 1988. т. 302. № 1. - С. 1230-1233.

136. Osborn T.R. Estimates of the local rate of vertical diffusion from dissipation measurements // Journal of Physical Oceanography. 1980. - Vol. 10. - P. 83-89.

137. Oakey N.S. Determination of the rate of dissipation of turbulent energy from simultaneous temperature and velocity shear microstructure measurements // Journal of Physical Oceanography. 1982. - Vol. 12. - P. 256-271.

138. Gregg M.C., D'Asaro E.A., Shay T.J., Larson N. Observations of persistent mixing and near-inertial internal waves // Journal of Physical Oceanography. -1986.-Vol. 16.-P. 856-885.

139. Gurvich A.S., Yaglom A.M. Breakdown of eddies and probability distribution for small scale turbulence // Phys. Fluids. 1967. - Vol. 10. - P. 59-65.

140. St.Laurent L., Nash D. On the fraction of internal tide energy dissipated near topography // 'Aha Huliko'a Proceedings. Honolulu, 2003. - P. 119-130.

141. Garrett C., Munk W. Space-time scales of internal waves: a progress report // Journal of Geophysical Research. 1975. - Vol. 80. - P. 291-297.

142. Кириллов С.А., Дмитренко И.А., Даровских A.H., Эйкен X. Влияние сдвиговой неустойчивости внутренних волн на процессы вертикального турбулентного теплообмена на шельфе моря Лаптевых // Доклады АН. -2003. т. 390. №4.-С. 533-537.

143. Дмитренко И.А., Хьюлеманн Й., Кириллов С.А., Вегнер К., Грибанов В.А., Березовская С.Л., Кассенс X. Термический режим придонного слоя моря Лаптевых и процессы, его определяющие // Криосфера Земли. 2001. т. 5. № 3. - С. 40-55.