ОКЕАНОЛОГИЯ, 2004, том 44, № 4, с. 485-494
= ФИЗИКА МОРЯ
УДК 551.465
ВИХРЕОБРАЗОВАНИЕ НА СУБАНТАРКТИЧЕСКОМ ФРОНТЕ ПО ДАННЫМ СПУТНИКОВЫХ НАБЛЮДЕНИЙ И ФОРМИРОВАНИЕ АНТАРКТИЧЕСКОЙ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ВОДЫ
© 2004 г. С. В. Голивец, М. Н. Кошляков
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва Поступила в редакцию 16.02.2004 г.
Представленная в [1] концепция формирования Антарктической промежуточной воды (ААПрВ) вследствие затухания циклонических вихрей Субантарктического фронта (СААФ) тестируется в приложении к Тихому океану посредством анализа данных спутниковых альтиметрических наблюдений. Показано, что процесс вихреобразования на СААФ обеспечивает поддержание минимума солености в слое ААПрВ приблизительно на 70%.
1. ВВЕДЕНИЕ
В [1] была развита концепция, согласно которой формирование слоя относительно малосоленой Антарктической промежуточной воды (ААПрВ) в океане происходит вследствие фрикционного затухания циклонических вихрей, образующихся в результате отрыва циклонических меандров Субантарктического фронта (СААФ). Была построена соответствующая математическая модель и выполнен расчет по модели. Физика процесса состоит в том, что, в соответствии с геострофическим соотношением, в ходе фрикционного затухания вихря происходит понижение купола изопик-нических поверхностей в его центральной части. Следуя за понижением купола, антарктическая вода пониженной солености, сразу после отрыва вихря располагающаяся в его верхней части, опускается на промежуточные горизонты, замещаясь в верхнем слое более соленой водой из окружающих частей океана; одновременно происходит изопикническое смешение воды пониженной солености с окружающей водой. Расчет по модели привел к результату, согласно которому отрыв одной пары циклонического и антициклонического вихрей СААФ приводит к уменьшению со-лезапаса ААПрВ на 1.65 х 1012 кг. В условных предположениях, что все циклонические вихри СААФ после их отрыва полностью перемешиваются с окружающей водой, не вступая в повторные контакты с СААФ, и что коэффициент диапикни-ческого перемешивания ААПрВ с выше- и нижележащей более солеными водами равен 0.1 см2/с, было получено, что десяти пар разноименных вихрей, образующихся в течение года на тихоокеанской части СААФ, достаточно для поддержания в стационарном состоянии солесодержания ААПрВ в Тихом океане [1]. Ввиду того, однако, что упомянутое предположение об отсутствии вторичных контактов циклонических вихрей СААФ с поро-
дивших их фронтом не является реальным, возникает необходимость исследования процессов взаимодействия СААФ и его вихрей по данным достаточно длительных и непрерывных натурных наблюдений.
2. ДАННЫЕ НАБЛЮДЕНИЙ И МЕТОДИКА ИХ АНАЛИЗА
Единственным источником информации, на основе которого может быть выполнен полноценный анализ движения и эволюции циклонических вихрей СААФ, являются совмещенные данные альтиметрических наблюдений со спутников ERS-1, ERS-2 и TOPEX/Poseidon в 1996-2001 гг. Нами были использованы карты аномалии уровня океана (отклонения уровня от среднего за 1993-1995 гг.) с интервалом в 10 сут, рассчитанные и построенные по указанным данным в Отделе спутниковой океанографии французского агентства CLS (Collecte Localisation Satelittes) [3]. В основе карт лежат значения аномалии уровня в узлах сетки с шагом 0.25° по широте и долготе. Картирование именно аномалий уровня, а не его абсолютных значений, обусловлено плохим знанием формы геоида. Обработка спутниковых данных включала в себя коррекцию орбитальных ошибок и погрешностей, связанных с прохождением сигнала через атмосферу, а также максимальное подавление следов приливных возмущений уровня [3].
Так как для решения поставленной в настоящем исследовании задачи требуется анализ синоптической изменчивости не только поля вихрей СААФ, но и самого Субантарктического фронта, описанные выше спутниковые наблюдения должны быть дополнены климатическими гидрофизическими данными. Среднее положение СААФ в Тихом океане было определено на осно-
оо
а\
О Я
М >
Д О а о ч
к
н о £
140° 150° 160° 170° 180° 170° 160° 150° 140° 130° 120° 110° 100° 90°
70° 60° з.д.
ч О Й К и и с
я о
в й й я о и
Рис. 1. Среднеклиматическая динамическая топография поверхности южной части Тихого океана. Числа у изолиний - значения уровня океана в см, отсчитанные от среднего уровня на 20° ю.ш. Жирная кривая - среднеклиматическое положение Субантарктического фронта (СААФ). Тонкая линия - изобата 3.5 км, затененные участки карты - области с глубинами менее 2 км.
о о
Глубина, м
Рис. 2 . Среднеклиматическое распределение солености (в рэи) на разрезе по 140° з.д. в южной части Тихого океана. Жирная вертикальная линия показывает меридиональное положение СААФ, кружок с точкой соответствует глубине 180 м.
ве климатического массива WOCE (World Ocean Circulation Experiment), включающего в себя известный массив Левитуса и данные гидрофизических разрезов WOCE, выполненных в 1990-х годах. Карта динамической топографии поверхности океана (рис. 1) была рассчитана по массиву WOCE относительно отсчетной поверхности 2000 дб. По данным этого же массива были построены распределения солености на меридиональных разрезах через каждые 5° по долготе в южной части Тихого океана (пример на рис. 2). Как известно, положение СААФ на конкретном меридиане определяется по широте перехода присущего ААПрВ минимума солености из поверхностного в промежуточный слой океана. Этому условию хорошо соответствуют положения изохалины 34.22 psu на глубине 180 м на упомянутых выше меридиональных разрезах солености (рис. 2). В результате совмещения полученных по этому признаку меридиональных положений СААФ с картой динамической топографии поверхности океана (рис. 1) все эти положения легли вблизи изолинии уровня -90 см (рис. 1), не выходя за пределы полосы (-85 см, -95 см); исключение составил только крайний
восточный участок области, в пределах которого положение СААФ "сдрейфовало" от изолинии -90 см на 90° з.д. до изолинии -110 см в проливе Дрейка (рис. 1). Полученный результат, определивший принятое нами и показанное на рис. 1 среднеклиматическое положение СААФ, представляется вполне естественным ввиду известного совпадения СААФ с наиболее сильной струей Антарктического циркумполярного течения.
По аналогии с [2], синоптические положения СААФ с интервалом в 10 сут за период с 1996 по 2001 гг. были найдены как положения изолинии уровня -90 см (с упомянутой выше поправкой для восточного участка области) на картах уровня, полученных суммированием описанных выше спутниковых карт аномалии уровня со среднекли-матической картой уровня, представленной на рис. 1. В основу всего дальнейшего анализа движения и эволюции циклонических вихрей СААФ и их взаимодействия с породившим их фронтом были положены спутниковые карты аномалии уровня с нанесенными на них синоптическими положениями СААФ. Пример такой карты дан на рис. 3 с той лишь оговоркой, что подвергнутые
оо оо
ю.ш.
О Я
м >
Д О а о ч
д
н о £
4^
140° 150° 160° 170° 180° 170° 160
Рис. 3. Распределение аномалии уровня южной части Тихого океана 29.11.2000 г. Изолинии уровня проведены через 10 см, нулевая изолиния не приведена. Затемнены участки с отрицательной аномалией уровня, по абсолютному значению превышающей 10 см. Жирная кривая - положение СААФ 29.11.2000 г. Тринадцать значков "плюс" обозначают циклонические вихри, внесшие вклад в обмен солью через СААФ. Тонкая кривая - изобата 3.5 км. На юге затемнена область, не охваченная спутниковыми наблюдениями. Засечки и числа у нижнего края карты обозначают положения меридиональных границ и номера отдельных участков СААФ.
о й к и и с
я о
в
й й я о и
о о 4^
Рис. 4. Пример синоптического вихря СААФ первой категории (см. текст статьи, вихрь помечен значком "плюс"). Представлены распределения аномалии уровня океана 10.12.1998 г. (а), 8.02.1999 г. (б), 9.04.1999 г. (в), 17.08.1999 г. (г). Изолинии уровня проведены через 5 см, нулевая изолиния не показана. Затемнены области с абсолютными значениями отрицательной аномалии уровня более 5 см. Жирная кривая - положение СААФ. Тонкая линия - изобата 3.5 км. Числа у границ карт - значения южной широты и западной долготы.
анализу карты содержали изолинии аномалии уровня через каждые 5 см, за исключением изолиний ± 5 см.
Детальный анализ ежедекадных синоптических карт аномалии уровня океана и положения СААФ (рис. 3) за 1996-2001 гг. показал, что все циклонические вихри, образующиеся на тихоокеанской части СААФ в результате отрыва направ-
ленных к северу циклонических меандров этого фронта, могут быть разделены на следующие три категории:
1. Вихри, полностью перемешивающиеся с окружающей водой океана без повторного контакта с СААФ. К этой категории были отнесены все вихри, для которых отрицательная аномалия уровня океана в их центрах становилась по абсо-
490
ГОЛИВЕЦ, КОШЛЯКОВ
150 155 160 150 155 160
50-
55-
- 50-
55
150
155
160
150
155
160
Рис. 5. Пример синоптического вихря СААФ второй категории (см. текст, вихрь помечен значком "плюс"). Представлены распределения аномалии уровня океана 4.05(а), 24.05(6), 2.08(в) и 1.09.1998 г. (г). Числа у границ карт - значения южной широты и восточной долготы. Остальное см. рис. 4.
лютной величине меньше 10 см в зоне океана к северу от СААФ. Пример такого вихря дан на рис. 4.
2. Вихри, частично перемешивающиеся с окружающей водой и затем снова сливающиеся с СААФ. К этой категории были отнесены все вихри, характеризовавшиеся падением абсолютной величины отрицательной аномалии уровня в их центрах на 10 см и более в промежутках времени между их образованием и обратным слиянием с фронтом. Пример такого вихри дан на рис. 5.
3. Вихри, повторно сливающиеся с СААФ без сколько-нибудь существенного (10 см и более) уменьшения абсолютной величины возмущения уровня в их центрах.
По отношению к вихрям третьей категории было положено, что они не дают никакого вклада в солеобмен через СААФ. Изменение солесодер-жания ААПрВ в результате образования одного циклонического вихря СААФ первой или второй категории (условие постоянства массы ААПрВ подразумевает,
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.