Анализ энергетического цикла Лоренца для различных режимов циркуляции Черного моря

Сергей Германович Демышев, Ольга Алексеевна Дымова, Sergey Demyshev, Olga Dymova

Аннотация


На основе данных численного моделирования динамики вод Черного моря рассчитаны компоненты энергетического цикла Лоренца для трех режимов: климатическая циркуляция, бассейновый (2011 г.) и вихревой (2016 г.) режимы. Выявлены следующие общие черты между климатической и реалистичной энергетикой. Среднегодовой переход энергии от среднего движения к вихревому наблюдается для всех режимов циркуляции. Среднегодовая работа силы плавучести увеличивает среднее течение для всех экспериментов, что свидетельствует о сохранении наклона изопикнических поверхностей таким, что реализуется условие преобразования доступной потенциальной энергии в кинетическую. Качественное отличие состоит в том, что преобразование вихревой кинетической энергии в доступную потенциальную энергию наблюдается только для климатической циркуляции. Для бассейновой циркуляции изменчивость вихревой кинетической энергии определяется потоком, формирующимся за счет преобразования кинетической энергии вследствие баротропной неустойчивости среднего течения. Для вихревого режима рост вихревой кинетической энергии обеспечивается преобразованием доступной потенциальной энергии в кинетическую за счет бароклинной неустойчивости. Режим циркуляции, а также качественная и количественная разница в величинах и направлениях преобразования энергии связаны, прежде всего, с атмосферным воздействием.

Ключевые слова


Черное море; энергетический цикл Лоренца; средняя циркуляция; вихри; баротропная и бароклинная неустойчивость.

Полный текст:

PDF

Литература


Блатов А. С., Булгаков Н. П., Иванов В. А., Косарев А. Н., Тужилкин В. С. Изменчивость гидрофизических полей Черного моря. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 240 с.

Гилл A. Динамика атмосферы и океана. Том 2. М.: Мир, 1986. 415 с.

Демышев С. Г. Численная модель оперативного прогноза течений в Черном море // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2012. Т. 48. № 1. С. 137-149.

Демышев С. Г. Энергетика климатической циркуляции Черного моря. Ч. I. Дискретные уравнения скорости изменения кинетической и потенциальной энергий // Метеорология и гидрология. 2004. № 9. С. 65-80.

Демышев С. Г., Иванов В. А., Маркова Н. В. Анализ климатических полей Черного моря ниже основного пикноклина, полученных на основе усвоения архивных данных по температуре и солености в численной гидродинамической модели // Морской гидрофизический журнал. 2009. № 1. С. 3-15.

Ефимов В. В., Тимофеев Н. А. Теплобалансовые исследования Черного и Азовского морей. Обнинск: ВНИИГМИ-МЦД, 1990. 236 с.

Иванов В. А., Белокопытов В. Н. Океанография Черного моря. Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2011. 212 с.

Суворов А. М., Шокурова И. Г. Годовая и междесятилетняя изменчивость доступной потенциальной энергии в Черном море // Морской гидрофизический журнал. 2004. № 2. С. 29-41.

Avsar N. B., Jin S., Kutoglu S. H. Recent sea level changes in the Black Sea from satellite gravity and altimeter measurements // Int. Arch. Photogramm Remote Sens. Spatial Inf. Sci. 2018. Vol. XLII-3/W4. P. 83-85. doi: 10.5194/isprs-archives-XLII-3-W4-83-2018.

Demyshev S. G., Dymova O. A. Analysis of the annual mean energy cycle of the Black Sea circulation for the climatic, basin‑scale and eddy regimes // Ocean Dynamics. 2022. Vol. 72, no. 3-4. P. 1335-1352. doi: 10.1007/s10236-018-1200-6.

Demyshev S. G., Dymova O. A. Numerical analysis of the Black Sea currents and mesoscale eddies in 2006 and 2011 // Ocean Dynamics. 2018. Vol. 68, no. 10. P. 1335-1352. doi: 10.1007/s10236-018-1200-6.

Holland W. R. Energetics of baroclinic oceans / Numerical models of ocean circulation. Washington: National Academy Press, 1975. Р. 168-177.

Kallos G., Nickovic S., Papadopoulos A., Jovic D., Kakaliagou O., Misirlis N., Boukas L., Mimikou N., Sakellaridis G., Papageorgiou J., Anadranistakis E., Manousakis M. The regional weather forecasting system SKIRON: an overview // Proceedings of the International Symposium on Regional Weather Prediction on Parallel Computer Environments. (Athens, Greece, 15–17 October 1997). Athens, 1997. Р. 109-122.

Kubryakov A. A., Bagaev A. V., Stanichny S. V., Belokopytov V. N. Thermohaline structure, transport and evolution of the Black Sea eddies from hydrological and satellite data // Progress in Oceanography. 2018. Vol. 167. P. 44-63. doi: 10.1016/j.pocean.2018.07.007.

Kubryakov A. A., Stanichny S. V., Zatsepin A. G., Kremenetskiy V. V. Long-term variations of the Black Sea dynamics and their impact on the marine ecosystem // Journal of Marine Systems. 2016. Vol. 163. P. 80-94. doi: 10.1016/j.jmarsys.2016.06.006.

Lima L., Aydogdu A., Escudier R., Masina S., Ciliberti S., Azevedo D., Peneva E., Causio S., Cipollone A., Clementi E., Cretí S., Stefanizzi L., Lecci R., Palermo F., Coppini G., Pinardi N., Palazov A. Black Sea Physical Reanalysis (CMEMS BS-Currents) (Version 1) [Data set]. 2020. Copernicus Monitoring Environment Marine Service (CMEMS). URL: https://doi.org/10.25423/CMCC/BLKSEA_MULTIYEAR_PHY_007_004. (accessed: 12.08.2021)

Lorenz E. N. Available potential energy and the maintenance of the general circulation // Tellus. 1955. Vol. 7, no. 2. P. 157-167.

Menna M., Poulain P.-M. Geostrophic currents and kinetic energies in the Black Sea estimated from merged drifter and satellite altimetry data // Ocean Sci. 2014. Vol. 10. P. 155-165. doi: 10.5194/os-10-155-2014.

Miladinova S., Stips A., Garcia-Gorriz E., Macias Moy D. Black Sea thermohaline properties: Long-term trends and variations // J. Geophys. Res. Oceans. 2017. Vol. 122. P. 5624-5644. doi: 10.1002/2016JC012644.

Mizyuk A. I., Puzina O. S., Senderov M. V. Accuracy of the reconstructed temperature in the Black Sea upper layer from nowcasting/forecasting systems // Journal of Physics: Conf. Series. 2018. Vol. 1128, no. 012146. doi: 10.1088/1742-6596/1128/1/012146.

Oguz T., Malanotte-Rizzoli P., Aubrey D. Wind and thermohaline circulation of the Black Sea driven by yearly mean climatological forcing // J. Geophys. Re.s Oceans. 1995. Vol. 100(C4). P. 6845-6864. doi: 10.1029/95JC00022.

Robinson A., Harrison D. E., Mintz Y., Semtner A. J. Eddies and the general circulation of an idealized oceanic gyre: a wind and thermally driven primitive equation numerical experiment // J. Phys. Oceanogr. 1977. Vol. 7. P. 182-207.

Stanev E. V. On the mechanisms of the Black Sea circulation // Earth-Science Rev. 1990. Vol. 28, no. 4. P. 285-319. doi: 10.1016/0012-8252(90)90052-W.

Stanev E. V., Staneva J. V. The impact of the baroclinic eddies and basin oscillations on the transitions between different quasi-stable states of the Black Sea circulation // Journal of Marine Systems. 2000. Vol. 24. P. 3-26. doi: 10.1016/S0924-7963(99)00076-7.

Stanev E., Peneva E., Chtirkova B. Climate Change and Regional Ocean Water Mass Disappearance: Case of the Black Sea // J. Geophys. Re.s Oceans. 2019. Vol. 124, no. 7. P. 4803-4819. doi: 10.1029/2019JC015076.

Staneva J. V., Stanev E. V. Oceanic response to atmospheric forcing derived from different climatic data sets. Intercomparison study for the Black Sea // Oceanologica Acta. 1998. Vol. 21, no. 3. P. 393-417. doi: 10.1016/S0399-1784(98)80026-1.

Stepanov D. V. Mesoscale eddies and baroclinic instability over the eastern Sakhalin shelf of the Sea of Okhotsk: a model-based analysis // Ocean Dynamics. 2018. Vol. 68. P. 1353-1370. doi: 10.1007/s10236-018-1192-2.

Von Storch J.-S., Eden C., Fast I., Haak H., Hernndez-Deckers D., Maier-Reimer E., Marotzke J., Stammer D. An estimate of the Lorenz energy cycle for the World Ocean Based on the 1/10° STORM/NCEP simulation // J. Phys. Oceanogr. 2012. Vol. 42. P. 2185-2205. doi: 10.1175/jpo-d-12-079.1.

Yang Y., Liang X. S. On the Seasonal Eddy Variability in the Kuroshio Extension // J. Phys. Oceanogr. 2018. Vol. 48. P. 1675-1689. doi: 10.1175/JPO-D-18-0058.1.

Zhan P., Subramanian A., Yao F., Kartadikara A., Guo D., Hotei I. The eddy kinetic energy budget in the Red Sea // J. Geophys. Res. 2016. Vol. 121, no. 7. P. 4732-4747. doi: 10.1002/2015JC011589.




DOI: http://dx.doi.org/10.17076/lim1621

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


© Труды КарНЦ РАН, 2014-2019