научная статья по теме ВНУТРЕННИЕ ПРИЛИВНЫЕ ФРОНТЫ В ПРИБРЕЖНОЙ ЗОНЕ ЯПОНСКОГО МОРЯ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ВНУТРЕННИЕ ПРИЛИВНЫЕ ФРОНТЫ В ПРИБРЕЖНОЙ ЗОНЕ ЯПОНСКОГО МОРЯ»

УДК 551.466.88(265.54)

Внутренние приливные фронты в прибрежной зоне Японского моря

В. В. Новотрясов*' **, Е. П. Павлова*, М. С. Пермяков**

Представлены результаты исследований внутренних приливных фронтов в прибрежной зоне Японского моря, выполненных в октябре 2012 г. с заякоренных буйковых станций, которые были установлены по трассе, проложенной нормально к изобатам прибрежной зоны. Анализ показал, что в поле температуры прибрежных вод имеются интенсивные внутренние приливные фронты, представляющие собой ограниченное по пространству поднятие термоклина, которое достигает 1/3 глубины прибрежной зоны с крутым передним фронтом и примыкающей к нему нестационарной волновой зоной, заполненной высокочастотными пульсациями с периодами 3—5 мин и амплитудами до 10 м. Установлено, что внутренние приливные фронты распространяются со скоростью первой моды внутренней волны с частотой приливной гармоники М2, являются сильно нелинейным образованием (параметр нелинейности ~0,3), заполненным высокочастотными (частота ю ~ 20 цикл/ч) амплитудно-модулированными возмущениями с крутизной волнового фронта ~8 см/с, и имеют протяженность ~1 км.

Ключевые слова: прибрежная зона окраинного моря, накат приливных внутренних волн, внутренние приливные фронты, нелинейные внутренние волны.

1. Введение

Течения в шельфовой и особенно в прибрежной зоне окраинных морей часто характеризуются присутствием внутренних гравитационных волн (ВГВ) большой амплитуды. Эти волны распространяются горизонтально с концентрацией волновой энергии в зоне пикноклина. Как правило, они возбуждаются на границе шельфовой зоны при взаимодействии баротроп-ного прилива с кромкой шельфа. Это взаимодействие приводит к формированию внутреннего прилива, который трансформируется и при распространении распадается на пакеты высокочастотных ВГВ большой амплитуды, получивших название внутренних приливных фронтов (ВПФ). При распространении таких фронтов в прибрежной зоне индуцируются сильные течения с горизонтальными и вертикальной составляющими скорости. Приливные фронты инициируют транспортирование взвеси и протекание биологических процессов в прибрежной зоне. Индуцируемые ими течения оказывают значительное воздействие на морские платформы, а тенденция ВПФ к обрушению и формированию микроструктуры облегчает

* Тихоокеанский океанологический институт им. В. И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук; e-mail: vadimnov@poi.dvo.ru.

** Дальневосточный федеральный университет.

понимание механизма протекания процессов перемешивания в прибрежной зоне океана [8].

Внутренние приливные фронты — это слабо изученное гидрологическое явление прибрежной зоны окраинных морей России, связанное с характерным типом плотностной стратификации прибрежных вод этих морей и выходом в их прибрежную зону внутренних гравитационных волн с приливной частотой. В работе представлен анализ данных наблюдений внутреннего прилива в прибрежной зоне Японского моря. Наблюдения проводили на волновой трассе протяженностью ~10 км, расположенной нормально к изобатам от зоны его генерации (глубина ~100 м) до зоны интенсивного обрушения (глубина ~40 м). Анализ данных измерений в мористой части трассы показал наличие приливных возмущений пикноклина квазигармонической формы, распространяющихся нормально к изобатам в сторону берега со скоростью первой моды ВГВ с частотой приливной гармоники М2. Прослежена эволюция этих возмущений. Обнаружено, что в процессе распространения по трассе происходит увеличение наклона их пе редне го фрон та с по следу ю щим форми ро ва ни ем на фазе макси маль но го поднятия пикноклина к поверхности высокочастотных волновых пакетов — внутренних приливных фронтов.

Целью статьи является описание пространственно-временной структуры внутренних приливных фронтов и ее трансформации при накате внутреннего прилива на мелководье прибрежной зоны Японского моря.

2. Аппаратура и методика исследования

Для изучения ВПФ в прибрежной зоне Японского моря использовали данные инструментальных измерений температуры и ее флуктуаций. Измерения проводили термографами "НОВО" и автономными цифровыми комплексами, которые размещены на заякоренных автономных буйковых станциях (АБС), выставленных на волновой трассе, проложенной нормально к изобатам прибрежной зоны. Кроме того, в середине эксперимента был выполнен гидрологический разрез. Схема постановки АБС и гидро ло ги чес ко го раз реза пред став ле на на рис. 1.

Автономный цифровой комплекс (АЦК) состоял из герметического контейнера с системой регистрации, батареями питания и термокосы с датчиками температуры, расположенными с равным интервалом по глубине. В качестве датчиков температуры использовали цифровые термометры DS18B20 с поддержкой протокола 1Wire, выдающие 12-битное значение температуры, калиброванное в градусах Цельсия. Диапазон измерения температуры -55...1250С. Разрешающая способность комплекса составляла 0,06°С, время преобразования одного значения температуры — 750 мс [2].

Автономный цифровой термограф "HOBO" американской компании "Onset" имеет точность 0,21°С в диапа- оне от 0 до 50°С и разрешение 0,02°С при температуре 25°С, а также 64 кбайт памяти (~42000 12-битных измерений температуры).

Для проведения натурного эксперимента 14 октября 2012 г. в районе п-ова Гамова в прибрежной зоне Японского моря были выставлены четыре заякоренные автономные буйковые станции, одна из которых была

TV III II I

42°42' с. ш.

42°39' 42°36' 42°33' 42°30'

131

Рис. 1. Схема расположения заякоренных АБС (а, кружки, римские цифры) и волновая трасса из заякоренных АБС с учетом глубины в точке постановки (б).

Арабскими цифрами и звездочками отмечены станции гидрологического разреза. На рисунке б кружки указывают расположение термографов на соответствующих горизонтах. По оси абсцисс отложено расстояние по трассе от самой мелководной АБС-IV до самой глубоководной АБС-I. Сплошной линией показан рельеф дна.

оснащена измерителями температуры "НОВО" (АБС-I), а остальные — автономными цифровыми комплексами. На рис. 1 представлены схемы рас-положе ния стан ций в ра йо не ис следо ва ния с уче том и без уче та рель е фа дна. Станции АБС-II—АБС-IV были оснащены 12 датчиками температуры, установленными на расстоянии 3 м друг от друга. АБС-I была оснащена шестью измерителями температуры "НОВО", размещенными на расстоянии 9 м друг от друга (начиная от дна). Регистрация температуры на всех станциях проводилась с дискретностью 1 мин. Продолжительность измерений составила чуть более шести суток.

16 октября 2012 г. вдоль волновой трассы был выполнен гидрологический разрез c использованием СТБ-зондирований на шести станциях. Зондирование выполняли с помощью канадского зонда RBR XRX-620. Прибор укомплектован термометром Fast с инерционностью не более 0,2 с. После обработки данных (с учетом динамической погрешности) суммарные погрешности измеренных характеристик составили: глубина погружения прибора ±0,15 м, температура ±0,005°С, соленость ±0,005 е. п. с. На каждой станции с разрешением ±0,5 м от поверхности до дна измеряли температуру и электропроводность, значения которых в дальнейшем использовали для расчета солености, плотности и частоты плавучести.

Обработка собранных данных показала, что фоновые гидрологические условия в прибрежной зоне в этот период времени характеризовались присутствием верхнего перемешанного слоя толщиной ~20—25 м, наличием выраженного сезонного пикноклина с максимумом частоты плавучести >30 цикл/ч, расположенным в окрестности глубин ~40 м, и его смещением в при дон ные слои на мел ко водье. Полу чен ные про фи ли час тоты

Расстояние, м

плаву чес ти пред пола га ют ин тен сив ное внут рен нее вол не ние на го ри-зонте 40 м в мористой части и в придонных слоях на мелководье (рис. 1, станции 1—3).

Анализ глубины залегания максимумов частоты плавучести и градиента температуры показал, что они располагаются на близких горизонтах, т. е. вклад температуры оказался определяющим для формирования плотност-ной стратификации прибрежных вод Японского моря осенью. При этом максимум градиента температуры находился в интервале 12 ± 2°С. Таким образом, изотермы из указанного интервала могут служить маркерами вертикальных смещений как термоклина, так и пикноклина.

3. Результаты

Описание натурного эксперимента 2012 г. начнем с данных, полученных на самой мористой станции АБС-1 (рис. 1а). На рис. 2а представлены вертикальные смещения изотермы 12°С на этой станции за все время наблюдений. Видно, что в первые двое суток на станции доминировали полусуточные возмущения длительностью ~12 ч. Возмущения имели квазигармоническую форму с небольшой асимметрией между фазой подъема (она менее продолжительна) и фазой заглубления (она более длительна). К началу третьих суток (на втором этапе эксперимента) характер смещения изменился, преобладающими стали возмущения с длительностью из инерционного интервала 16—18 ч.

Рассмотрим для сравнения характер смещения той же реализации изотермы на самой мелководной (глубина 38 м) буйковой станции АБС-ГУ (рис. 2г). На рис. 2г видно, что всю реализацию, как и ранее, можно разбить на две части, разделенные фронтальным разделом, зарегистрированным меж ду вто ры ми и треть и ми сутка ми экс пе ри мен та. При срав не нии реализаций на АБС-Г и АБС-ГУ обращает на себя внимание два вида раз-ли чий. Пер вый вид свя зан с раз ли чи ями, кото рые появля ют ся на пер вом и втором этапах эксперимента. Второй вид появляется при сравнении колебаний на разных станциях.

Рис. 2. Смещение изотермы 12°С настанциях АБС-Г (а), АБС-ГГ(б), АБС-ГГГ(в), АБС-ГУ (г) во время эксперимента с началом в 14 ч (время местное) 14 октября 2012 г.

ПФ-А, ПФ-Б—два внутренних приливных фронта, оконтуренные прямоугольниками.

Наметившаяся асимметрия между фазой возвышения и заглубления на АБС-1 трансформировалась на АБС-ГУ в выраженную особенность смещения изотерм, имеющую характер ударного фронта. Кроме того, на втором этапе эксперимента низкочастотные колебания приобрели пилообразную форму, разделенную фронтальными образованиями.

Перейдем к описанию про

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.

Показать целиком