УДК 551.465.435,7(262.5)
Морфометрические параметры и гидрофизические характеристики прибрежных антициклонических вихрей в Черном море
В. Б. Титов*
Получены обобщенные данные о морфометрических параметрах прибрежных антициклонических вихрей (ПАВ). Приведены оценки годового переноса вод вихрями. Показана термохапинная структура ПАВ и объемы содержащихся в них вод разного типа.
Прибрежные антициклонические вихри (ПАВ) являются важнейшим элементом циркуляции вод Черного моря. Они формируются между стрежнем Кольцевого циклонического течения и берегом, где вследствие бокового сдвига скорости существует зона антициклонической завихренности поля течений [1, 4]. Формированию ПАВ способствует гидродинамическая неустойчивость Кольцевого циклонического течения, проявлением которой является его меандрирование — ПАВ зарождаются обычно в вершинах антициклонических меандров, где изначально имеется завихренность соответствующего знака [5, 9].
Прибрежные антициклонические вихри играют исключительно важную роль в гидродинамике и экологии прибрежной зоны. Под воздействием орбитального движения воды в ПАВ направление прибрежного течения эпизодически (при прохождении каждого ПАВ) изменяется на противоположное, в результате чего формируется бимодальный режим течения [8]. В экологическом аспекте ПАВ, обладая свойством конвергентное™, являются своеобразными аккумуляторами загрязненных прибрежных вод, способствуя их самоочищению [5].
Прибрежные антициклонические вихри наиболее изучены в северовосточной части моря. Здесь по данным непрерывных ежечасных измерений течений продолжительностью 5,5 лет (с января 1976 г. по июнь 1981 г.) получены статистические данные о ПАВ. В среднем за год вдоль северо-восточного побережья проходит 32 ПАВ, их число в отдельные годы изменяется от 19 (минимум) до 46 (максимум). Зимой наблюдается обычно от одного до двух ПАВ в месяц, а в весенне-летний сезон (период гидродинамической неустойчивости Кольцевого циклонического течения) их ежемесячное число может увеличиваться до 3—4 [5]. Некоторые характеристики ПАВ приводятся в работе [7], однако обобщенные данные об их морфометрических параметрах отсутствуют. Поэтому в настоящей
* Южное отделение Института океанологии им. П. П. Ширшова Российской академии наук.
статье впервые предпринята попытка получить количественные характеристики ПАВ по данным измерений на многочисленных съемках и разрезах в российском секторе Черного моря (от Керченского пролива до Сочи).
В качестве основных параметров ПАВ были приняты: положение (удаление) центра прибрежного антициклонического вихря относительно берега, его продольный и поперечный диаметры, глубина (толщина слоя) вихря, площадь, объем, наибольшая скорость орбитального движения и расход через радиальное сечение. Для оценки содержания вод холодного промежуточного слоя (ХПС) в ПАВ определялись глубины верхней и нижней границ этого слоя (положение изотермы 8°С), толщина слоя, минимальная температура в ядре ХПС, глубина его залегания и объем вод ХПС. Все параметры ПАВ определялись по данным карт и разрезов геострофических течений и термохалинных характеристик.
Всего была собрана и обработана информация о 33 ПАВ и 3 циклонических вихрях. Малое число циклонических вихрей объясняется тем, что они расположены далеко от берега (слева от стрежня Кольцевого циклонического течения) и поэтому редко охватываются съемками. Данные о характеристиках вихрей были осреднены (табл. I). Из-за огранического объема информации полученные данные следует считать ориентировочными и подлежащими уточнению по мере накопления экспериментальных данных. Из сравнения данных табл. 1 видно, что площадь и объем циклонических вихрей вчетверо превышают аналогичные характеристики ПАВ, однако расход через радиальное сечение в них лишь в 1,4 раза больше, чем в ПАВ. Это объясняется малой скоростью орбитального вращения циклонических вихрей, которая вдвое меньше, чем у ПАВ. Объем вод ХПС в циклонических вихрях 25%, а в ПАВ — 38% их общего объема.
Таблица 1
Морфомстричсские параметры вихрей
Характеристика г Лщ 4, А, м S, км2 Q, км3 Утш, см/с R,mVc Z, Z„ Я Тшы, °С Z , Тгал м бхпс км3
мияя м
ПАВ
•Среднее 19 29 20 265 1620 430 28 380 208 43 144 101 6,81 77 163
а 11 8 7 68 911 183 17 196 148 18 28 35 0,55 14 110
Максимум 60 50 40 400 4308 861 58 812 770 70 220 200 7,80 100 387
Минимум 10 15 10 160 922 147 10 160 530 20 115 55 5,57 50 70
Циклонический вихрь
Среднее 58 62 50 250 6830 1680 13 526 510 27 88 51 6,78 45 420
Примечание, г—удаление центра вихря от берега; d„p и 4,—продольный и поперечный диаметры вихря; h—толщина; S — площадь; Q—объем вихря; V.H—наибольшая скорость (стрежень) орбитального движения; Л—расход через радиальное сечение вихря; Z, и Z« — глубина соответственно верхней и нижней границ ХПС; Я—толщина ХПС; Ттт — минимальная температура в ядре ХПС; Z^ —глубина залегания минимума температуры; Qxnc—объем воды ХПС в вихре; а — среднеквадратичсское отклонение.
Таблица 2
Годовой объем переноса вод в ПАВ (юи3)
Перенос Число ПАВ в год Объем
общий поверхностных вод вод ХПС глубинных вод
Средний 32 13 700 1780 5200 6710
Максимальный 46 19 690 2560 7480 9650
Минимальный 19 8130 1060 3090 3990
Полученные средние объемы ПАВ и содержащихся в них вод ХПС позволяют оценить годовой перенос вод вихрями с учетом их статистики (табл. 2). Соотношение разных типов вод, переносимых ПАВ, в среднем составляет: поверхностная водная масса — 13%, ХПС — 38%, глубинная водная масса — 49%.
Ограниченный объем экспериментальных данных не позволяет пока подробно описать сезонную изменчивость параметров ПАВ. Поэтому приведем преобладающие диапазоны значений параметров и их экстремальные значения для теплого и холодного полугодий (табл. 3). Основные особенности сезонной изменчивости ПАВ заключаются в следующем. Зимой ПАВ расположены ближе к берегу, их горизонтальные размеры меньше, а толщина больше, чем летом. Несмотря на то, что зимой площадь ПАВ меньше, чем летом, их объем больше, так как они более развиты в глубину. Из-за более высоких скоростей орбитального движения расход воды через радиальное сечение ПАВ зимой почти вдвое больше, чем летом.
Рассмотрим далее термохалинные характеристики ПАВ. На карте геострофических течений (рис. 1а) четко выражены два ПАВ — один юго-за-
Таблица 3
Сезонная изменчивость параметров ПАВ
Значение г d„p d„ А, м S, км2 ölIAB, КМ* Утах» см/с R, 10V/c z. z„ Н 7min» °с Z , Гт1п м ßxnc, км3
миля м
Зима
Наиболее 10— 20— 12- 300— 1077— 441— 36— 480— 40— 125— 100— 6,4— 70— 150—
вероятное 15 30 го 350 1680 570 45 690 60 150 140 7,2 85 220
Макси- 33 40 30 400 2840 860 58 860 70 220 200 7,5 100 387
мальное
Мини- 10 15 10 250 910 220 18 280 20 120 90 5,8 50 108
мальное
Лето
Наиболее 10— 25— 15— 200— 1360— 295— 12— 250— 25— 120— 90— 6,2— 60— 75—
вероятное 20 35 25 250 2420 455 25 360 35 140 110 6,7 70 155
Макси- 60 50 40 250 4308 510 40 576 55 180 130 7,7 78 255
мальное
Мини- 10 15 10 160 920 147 10 147 20 115 55 5,6 50 70
мальное
37 J8 39 40 М'с.ш.
«4*
с.ш.
М
41
СЗ ^ Станции КШ СЗ ® Станции. К)В 5 16 г1 32 3637 5 16 21 32 36 37
Рис. 1. Геострофическая циркуляция на поверхности моря (относительно изобарической поверхности 500 дбар) по данным съемки 25 июня—26 июля 1996 г. (а), вертикальные разрезы температуры воды (б; °С) и солености (в; %о) в направлении северо-запад — юго-восток.
I, II—соответственно положение верхней и нижней границ холодного промежуточного слоя; Ш — положение его ядра.
паднее Новороссийска, другой южнее Геленджика. На рис. 16, в представлены разрезы температуры воды и солености через оба ПАВ по линии северо-запад — юго-восток (рис. 1а). Видно расширение границ ХПС (положение изотермы 8°С) по глубине в центрах ПАВ (станция 18 — северо-западный ПАВ, станции 32 и 36 — юго-восточный ПАВ), в результате чего толщина ХПС возрастает с 70—75 м в невозмущенной части (станция 21) до 125—130 м в ПАВ, Это происходит вследствие конвергентного
сти ПАВ, в результате чего они аккумулируют и переносят большие объемы вод ХПС в прибрежной зоне (см. табл. 2).
Относительно происхождения вод ХПС в прибрежной зоне и, в частности, в ПАВ нет единого мнения. Так, авторы [10] утверждают, что ХПС формируется в двух разных регионах: в центральной области моря и в прибрежной (шельфовой) зоне. При этом поток Кольцевого циклонического течения, разделяющий эти регионы, исключает возможность проникновения вод ХПС из центральной области в прибрежную зону.
В качестве одного из многочисленных примеров, демонстрирующих ошибочность выводов в [10], рассмотрим меридиональный разрез по линии юг — север (рис. 1а). На разрезе геострофических течений (рис. 2а) хорошо видны северо-западный поток Кольцевого циклонического течения (станции 29—31), ПАВ, центр которого (нулевая изотаха) находится в 20 милях от берега (между станциями 31 и 32), и его прибрежный поток юго-восточного направления. На разрезе температуры (рис. 26) показано глубинное положение верхней и нижней границ ХПС и его ядра с минимальной температурой. (Эти параметры ХПС продублированы также на рис. 2а, е.) На рис. 2а видно, что границы ХПС и его ядро простираются от центра моря через струю Кольцевого циклонического течения в прибрежную зону, вовлекаются в ПАВ и достигают материкового склона. Если бы это течение служило непреодолимой преградой для адвекции ХПС, как утверждается в [10], то ХПС претерпевал бы разрыв в зоне Кольцевого циклонического течения, не пересекая его.
Другим контраргументом выводам работы [10] являются численные значения термохалинных характеристик. Как видно на рис. 26, в, в при-
Рис. 2. Меридиональный разрез геострофических течений (а), температуры (б) и солености (в) через центр ПАВ вдоль разреза с юга на север, показанного на рис. 1а.
Остальные пояснения как на рис. I.
Таблица 4
Средние многолетние значения термохалинных характеристик верхнего 10-метрового слоя воды зимой (данные многолетних измерений на ст
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.