Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ АГУЛЬЯСОВА ПЕРЕНОСА ПО ДАННЫМ СПУТНИКОВОЙ АЛЬТИМЕТРИИ И БУЕВ АРГО
Характеристики работы
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
📋 Содержание
Глава 1. Физико-географическое описание 7
Глава 2. Используемые данные 11
2.1 Альтимерические данные 11
2.2. Массив «Mesoscale Eddies in Altimeter Observations of SSH» 11
2.3. Данные ARGO 14
2.4. Данные WOA13 14
Глава 3. Методы и результаты 15
3.1 Исследование Агульясова переноса 15
3.2 Анализ вихрей Агульясова переноса 22
Заключение 33
Публикации автора по теме исследования 34
Список литературы 35
📖 Введение
Течение Агульяс - главный источник теплой и соленой воды, переносимой из Индийского океана в Атлантику. К югу от африканского побережья в районе 30°-45° ю.ш., 10°-35° в.д. оно совершает резкий разворот на восток, образуя петлю (разворот Агульяса) диаметром 340 км. В англоязычных источниках это явление получило название «Agulhas Retroflection» (Lutjeharms et al, 1988; Lutjeharms et al, 1988). «Agulhas Retroflection» периодически формирует отдельные антициклонические ринги (кольца), которые сформированы из относительно теплых и соленых вод Индийского океана. Температура в них выше на 5°C и соленость выше на 0.3 psu, чем температура и соленость окружающих вод равной плотности (Gordon, 1985). Перемещаясь со средней скоростью 12 см/с, ринги быстро распадаются, образуя вихри меньших масштабов (мезомасштабные вихри), которые сохраняют характерные свойства, как минимум, до 5° в.д. в западном направлении и до 46° ю.ш. в южном направлении (Lutjeharms et al, 1988). Распад рингов Агульяса с последующим образованием вихрей меньших масштабов был хорошо изучен в моделях (Kamenkovich et al, 1996; Drijfhout et al, 2003; De Steur et al, 2004; Doglioli et al, 2007; De Steur et al, 2009) и с использованием наблюдений (Olson et al, 1986; Byrne et al, 1995; Goni et al, 1997; Schouten et al, 2000; Richardson et al, 2003). Эти вихри способны преодолевать сотни (и даже тысячи) километров, что говорит о их высоком водообменном потенциале, и почему они могут рассматриваться как особые природные трассеры водообмена между Индийским и Атлантическим океанами, оказывающие существенное влияние на структуру глобального климата (Gordon et al, 1993; Donners et al, 2004; de Ruijter et al, 1999), а рассматриваемое явление получило название Агульясов перенос (Agulhas leakage).
Название «Агульясов перенос» относится к водам, экспортируемым в Атлантический океан системой течений Агульяс. Эти воды состоят главным образом из верхних и промежуточных вод индо-океанского происхождения (de Ruijter et al, 2002). Другие названия: Индо-Атлантический перенос/обмен/поток часто используются как синонимы Агульясова переноса (Durgadoo et al, 2013).
Влияние Агульясова переноса на общую циркуляцию в Атлантическом океане происходит двояко: через излучение планетарных волн и через адвекцию. Поступающие в бассейн мыса Игольного воды, являясь более теплыми и солеными, по сравнению с окружающими, подавляют изотермы и изогалины в термоклине (Giulivi et al, 2006), а создаваемые в изопикнах неоднородности излучают возмущения, которые в виде волн Россби медленно распространяются по Южной Атлантике (Biastoch et al, 2008, van Sebille et al, 2007). Эти волны, несущие динамический след Агульясова переноса, достигают южноамериканского побережья в течение 4-6 лет и впоследствии быстро в виде волн Кельвина передают динамический сигнал через экватор (Biastoch et al, 2008, Weijer et al, 2014). Таким образом, Агульясов перенос влияет на Атлантическую меридиональную термохалинную циркуляцию.
Мезомасштабные вихри, образованные течением Агульяс, являются доминирующими структурами, переносящими воды Индийского океана в Атлантику, поэтому изучение их динамики в исследуемом районе позволяет понять влияние Индийского океана влияет на процессы в Атлантике. Эти вихри исследовались по спутниковым снимкам температуры поверхности моря и по данным альтиметров (Byrne et al, 1995, Beismann et al, 1999, Schouten et al, 2000, Doglioli et al, 2007).
В литературных источниках количественные оценки Агульясова переноса имеют большой диапазон: от 4 Sv (Schmitz et al, 1995, Garzoli et al, 1996) до 22 Sv (Donners et al, 2004). Однако в большинстве исследований сообщается о величинах 11-17 Sv (1 Sv = 106 м3 с-1). Эти оценки основаны на разных методах, таких как как анализ водной массы (Gordon et al, 1992) или альтиметрических данных (Garzoli et al, 2000), эйлеровых модельных потоках (Reason et al, 2003; Matano et al, 2003; Treguier, 2003; Hermes et al, 2007) численных лагранжевых частиц (Bryden et al, 2005; Donohue et al, 2000; Donners et al, 2004; Schmitz et al, 1995; Boebel et al, 1998), комбинации моделирования и гидрографических оценок (Gordon et al, 1987; Gordon et al, 1992; Schmitz et al, 1995) или траекториям дрейфующих буев (Richardson et al, 2007). В работе (Gordon et al, 1990) на основе измерений спутника Geosat и CTD-профилей Агульясов перенос вод Индийского океана в Атлантику вихрями, дрейфующими на запад со скоростями 5-8 см/с, оценивается как 20-30 Sv. Richardson (Richardson et al, 2007) оценил Агульясов перенос примерно в 15 Sv, но отмечается, что эта оценка получена при довольно большой неопределенности в используемом подходе. Durgadoo et al. (Durgadoo et al, 2017) на основе моделирования показывают, что общая оценка Агульясова переноса по модели составляет 14,1 ± 2,2 Sv, при этом Индийский океан дает вклад примерно в 12,6 Sv, остальное происходит из Южной Атлантики. Cheng et al. (Cheng et al, 2016) оценивают Агульясов перенос по данным моделирования (модель CCSM3.5) и получают значения от 2 до 15 Sv (см. также Renault et al, 2017). Van Sebille et al. (van Sebille et al, 2009) на основе линейной регрессии данных лагранжевых поплавков и определения положения фронта Агульсова течения по альтиметрическим данным получили оценку величины Агульясова переноса в 13,2 Sv.
De Ruijter et al. (de Ruijter et al, 2002) получили оценки Агульясова переноса путем подсчета числа рингов, оторвавшихся от течения Агульяс, и проанализировав их при помощи гидрографических данных, оценили величину Агульясова переноса от 2 до 10 Sv. По спутниковой информации они определили, что в год приблизительно 6 рингов отрывается от течения Агульяс. Перенос одним рингом составляет от 0,5 до 1,5 Sv. Они также обнаружили, что эти вихри экспоненциально убывают до половины их первоначального размера (измеряемого их потенциальной энергией) в пределах 1000 км от области зарождения.
В данной работе дается оценка Агульясова переноса независимым методом. Для получения необходимой оценки мы определяем число долгоживущих мезомасштабных вихрей, которые, зарождаясь в районе «Agulhas Retroflection», дрейфуют на запад, тем самым транспортируя воды с характеристиками Индийского океана к берегам Южной Америки. Для этой цели мы используем спутниковые альтиметрические данные.
Западное направление перемещения мезомасштабных вихрей обусловлено влиянием Р- эффекта. Для преодоления расстояния от «Agulhas Retroflection» к Южной Америке вихрям требуется пересечь Атлантический океан и пройти 6000 км. Так как средняя скорость вихрей не превышает 10 см/с, то для преодоления этого расстояния вихрю требуется не менее 2 лет. Тем самым обоснован наш выбор, ограниченный рассмотрением только долгоживущих вихрей.
Определив число общее число мезомасштабных вихрей, обладающих указанными свойствами, мы получаем возможность оценить Агульясов перенос, исходя из средних значений переноса одним вихрем. При этом мы применяем два подхода. Во-первых, мы используем оценки вихревого переноса, полученные другими исследователями. Как сказано выше, эти оценки варьируют от 0,5 до 1,5 Sv. Во-вторых, мы такие оценки получаем независимо, использую комплексный подход, основанный на комбинации спутниковых альтиметрических измерений и данных буев Argo.
Долгоживущие вихри, как правило, обладают устойчивостью и сохраняют свое ядро в течение продолжительного времени. В работе также рассмотрены термохалинные характеристики вихрей в динамике и дана качественная оценка, в какой степени вихри Агульясова переноса сохраняют термохалинные свойства в течение их жизни. Все сказанное позволяет сформулировать цель исследования и решаемые задачи.
Целью работы является оценка Агульясова переноса на основе данных спутниковой альтиметрии и дрейфующих буев Argo.
Для достижение поставленной цели решаются следующие задачи:
1. Обзор научной литературы по проблеме.
2. Подготовка исходных массивов.
3. Анализ треков долгоживущих вихрей и оценка Агульясова переноса по трекам.
4. Совместный анализ альтиметрических карт и траекторий буев Argo с целью выделения долгоживущих вихрей, дрейфовавших вместе с буями в течение продолжительного времени.
5. Анализ временной изменчивости термохалинных характеристик в профилях Argo, захваченных вихрями.
6. Сравнение термохалинных характеристик вихрей Агульясова переноса с фоновыми термохалинными характеристиками вод Южной Атлантики по T-S-диаграммам.
7. Оценка Агульясова переноса отдельными долгоживущими вихрями на основе комплексного анализа альтиметрических карт и буев Argo.
Работа включает в себя введение, 3 главы, в которых решаются поставленные исследовательские задачи, заключение и список литературы.
✅ Заключение
На основе массива Mesoscale Eddies in Altimeter Observations of SSH» мы проанализировали, как изменяется число вихрей, участвующих в Агульясовом переносе. Для этого мы рассматривали только те вихри, которые имеют продолжительность жизни больше года. Мы показали, что за 23-летний период (1993-2015 гг.) в районе «Agulhas Retroflection» сформировалось 126 вихрей, а затем их число последовательно уменьшалось: 89 вихрей в 3м районе, 40 вихрей в 4м и 20 вихрей в 5м районе. Таким образом, только шестая часть вихрей пересекает Атлантику и достигает берегов Южной Америки. Указанные оценки позволяют косвенно оценить величину Агульясова переноса: для района 3 средняя оценка составляет 27 Sv, а для районов 4 и 5 - 21 Sv.
В рассматриваемых районах проанализирована изменчивость количества вихрей и показано, что во всех случаях устойчиво выделяется 2-3 летний масштаб колебаний, возможно, связанный с квазидвухлетними циклами колебания атмосферных параметров. Для других масштабов характерна выраженная нестационарность: вклад годовых колебаний проявляется только в отдельные годы и также не во всех районах, как и внутригодовые циклы, при этом наблюдается сходство вейвлет-диаграмм в районах 4 и 5, для которых практически одинаковый диапазон изменчивости.
На основе данных буев ARGO была проанализирована вертикальная структура вихрей и показано, что температура и соленость в водах вихрей выше средних значений в Южной Атлантике на 5 °C и 0,8-1 psu соответственно. Также показано, что вихри, перемещаясь на значительные расстояния, сохраняют свои тепловые характеристики, воды вихрей не перемешиваются с окружающими водами.
Была произведена оценка Агульясова переноса, он составляет 170 Sv за весь период наблюдений (23 года), а годовой перенос равен 7,4 Sv.
Публикации автора по теме исследования
1. Малышева А.А., Колдунов А.В., Белоненко Т.В., Сандалюк Н.В. ВИХРИ АГУЛЬЯСОВА ПЕРЕНОСА ПО ДАННЫМ СПУТНИКОВОЙ АЛЬТИМЕТРИИ, Ученые записки РГГМУ, 2018, №52, С. 154-170
2. Малышева А.А., Колдунов А.В., Белоненко Т.В., Сандалюк Н.В. Вихри Агульясова переноса по данным спутниковой альтиметрии, Сборник тезисов докладов шестнадцатой Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», Москва, ИКИ РАН, 2018, С. 294
3. Малышева А.А, Колдунов А.В., Белоненко Т.В. Влияние изменчивости Агульясского течения на меридиональную термохалинную циркуляцию, Труды II Всероссийской конференции «Гидрометеорология и экология: достижения и перспективы развития», 2018, С. 427-431
4. Малышева А.А, Белоненко Т.В., Кубряков А.А ИССЛЕДОВАНИЕ АГУЛЬЯСОВА ПЕРЕНОСА ПО ДАННЫМ СПУТНИКОВОЙ АЛЬТИМЕТРИИ И БУЕВ АРГО, Материалы IV Всероссийской научной конференции молодых ученых «Комплексные исследования Мирового океана», г. Севастополь, ФГБУН МГИ, 2019, С. 108





