Океанологи СПбГУ выявили особенности трансформации энергии в океанических вихрях

Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в Journal of Marine Science and Engineering. Океанические или мезомасштабные вихри – это круговое или спиралевидное движение воды в океанах, которое образуется под воздействием течения, ветра, гравитации и других сил. Вихри – один из главных механизмов горизонтального перемешивания, они способны переносить тепло, массу, кинетическую энергию и биохимические характеристики из области своего образования на значительные расстояния, иногда превышающие сотни километров.

Наличие теплых или холодных вихрей океана определяет локальную погоду побережья и влияет на климат. Кроме того, мезомасштабные вихри играют важную роль в глобальной океанической циркуляции. Несмотря на повсеместное распространение, районы вихревой активности, как правило, приурочены к областям неустойчивости крупных циркуляционных структур. Именно неустойчивость интенсивных струйных течений в океане, таких как Гольфстрим или Куросио, приводит к рождению вихрей. Другой важной причиной их генерации является их слияние и взаимодействие вихрей с топографией дна.

Несмотря на значительный прогресс в изучении кинематических свойств и динамических особенностей вихрей, необъясненными остаются достаточно много явлений. Так, в научном сообществе пока нет понимания, как вихрям удается сохраняться в неоднородных внешних течениях.

Лофотенская котловина Норвежского моря является самым динамически активным транзитным регионом, который характеризуется локальными максимумами дисперсии уровня океана и кинетической энергии вихрей. Динамическая активность в этой области, по большей части, обусловлена мезомасштабными вихрями, образующимися в Норвежском течении, которое и переносит Атлантическую воду в Арктику. При этом у Лофотенской котловины есть уникальная природная особенность – это квазипостоянный антициклон, расположенный в центре, а сама котловина из-за ее гидродинамических условий и особенностей топографии буквально «кишит» мезомасштабными вихрями.

Ученые СПбГУ установили, что при эволюции мезомасштабных вихрей на фоне деформирующего их течения следует ожидать перекачку энергии от вихрей к филаментам – вихревым нитям. «Основной вывод работы заключается в том, что при эволюции мезомасштабных вихрей следует ожидать перекачку энергии от вихрей к филаментам, то есть от мезомасштабных движений к субмезомасштабным. Это прямой энергетический каскад, и связан он с неограниченным вытягиванием вихрей в вихревые нити (филаменты). Одновременно уменьшение энергии вихрей при том же процессе вытягивания возвращает энергию в течения», – рассказала профессор кафедры океанологии СПбГУ Татьяна Белоненко.

Для исследования ученые привлекли спутниковые и модельные данные, в том числе реанализы, в которых глобальная гидродинамическая модель ассимилирует спутниковые и натурные измерения. Как отметила Татьяна Белоненко, в перспективе ученые планируют исследовать взаимодействия между мезомасштабными вихрями, фронтами, морской топографией и биологической продуктивностью океана, а также воздействия этих факторов на океанские экосистемы.

Проект «Исследование динамики изолированных вихрей в океане с использованием методов дистанционного зондирования, in situ и модельных данных» поддержан грантом Российского научного фонда. Отметим, что в прошлом году СПбГУ занял первое место в России по количеству грантов РНФ – ученые Университета получили 112 грантов, это 5,5 процентов от общего числа победивших проектов и наибольшее число грантов от одной организации.

СПбГУ

68 статей

Один из старейших, крупнейших и ведущих классических университетов и один из важнейших центров науки, образования и культуры в России.

Показать больше