Пространственно-временная изменчивость характеристик плотностных инверсий в верхнем слое Гренландского моря
|
Введение 3
Глава 1. Глубокая конвекция в Гренландском море 5
1.1. Физико-географическое описание района исследований 5
1.2. Глубокая конвекция как часть АМОЦ 6
1.3. Развитие глубокой конвекции 7
1.4. Влияние льда на развитие конвекции 9
1.5. Роль атмосферной циркуляции в развитии конвекции 10
Глава 2. Данные и методы 11
2.1. Массив натурных данных EN.4.2.1 11
2.2. Океанический реанализ GLORYS12V1 11
2.3. Атмосферный реанализ ERA5 11
2.4. Расчёт профилей с инверсиями плотности 12
Глава 3. Изменчивость характеристик плотностных инверсий в верхнем слое Гренландского моря 13
3.1. Внутригодовая изменчивость характеристик инверсий 13
3.2. Межгодовая изменчивость характеристик инверсий 14
3.3. Пространственное распределение характеристик инверсий 16
3.4. Анализ затоков вод по данным GLORYS12V1 19
3.5. Теплообмен между океаном и атмосферой 21
Выводы 25
Список литературы 27
Приложение 31
Глава 1. Глубокая конвекция в Гренландском море 5
1.1. Физико-географическое описание района исследований 5
1.2. Глубокая конвекция как часть АМОЦ 6
1.3. Развитие глубокой конвекции 7
1.4. Влияние льда на развитие конвекции 9
1.5. Роль атмосферной циркуляции в развитии конвекции 10
Глава 2. Данные и методы 11
2.1. Массив натурных данных EN.4.2.1 11
2.2. Океанический реанализ GLORYS12V1 11
2.3. Атмосферный реанализ ERA5 11
2.4. Расчёт профилей с инверсиями плотности 12
Глава 3. Изменчивость характеристик плотностных инверсий в верхнем слое Гренландского моря 13
3.1. Внутригодовая изменчивость характеристик инверсий 13
3.2. Межгодовая изменчивость характеристик инверсий 14
3.3. Пространственное распределение характеристик инверсий 16
3.4. Анализ затоков вод по данным GLORYS12V1 19
3.5. Теплообмен между океаном и атмосферой 21
Выводы 25
Список литературы 27
Приложение 31
Глубокая конвекция - важный элемент динамики Атлантической меридиональной океанической циркуляции (части глобального конвейера), в связи с чем глубокая конвекция является неотъемлемой частью изменчивости глобальной климатической системы (Broecker, 1991; Latif et al., 2006). Изменение интенсивности глубокой конвекции тесно связано с изменением климата. В свою очередь, конвекция является важным фактором, регулирующим перенос тепла в полярные широты Северного полушария. При этом меняется характер распределения теплоотдачи поверхностью океана, что оказывает влияние на всю климатическую систему.
В зимний период в результате выхолаживания поверхности океана, а также вследствие затоков солёных атлантических вод и последующего выхолаживания формируется аномально холодный и солёный поверхностный слой. Возникающая гравитационная неустойчивость реализуется в виде конвекции (Bashmachnikov et al., 2021; Chu, 1991).
Основной мерой изменения интенсивности глубокой конвекции является максимальная глубина перемешанного слоя, которая определяется по профилям плотности. В Гренландском море глубина перемешанного слоя достигает максимума в период с января по апрель, причём обычно пик развития приходится на апрель (Федоров и др., 2018; Башмачников и др., 2018). Зимой и ранней весной глубина верхнего квазиоднородного слоя (ВКС) в Гренландском море достигает 1500-2000 м. Основные районы наиболее частого развития глубокой конвекции локализируются в районе 73-76° с.ш., 5° з.д.-1° в.д. (Федоров и др., 2018).
Помимо традиционной области наиболее частого развития конвекции в северной части Гренландкой котловины выделяется еще одна область в юго-восточной её части - Рисунок 1 (см. Башмачников и др., 2018). При этом развитие потенциальной неустойчивости столба воды (Chu, 1991), как следствие затоков солёных вод западной ветви Норвежского течения, является доминирующим фактором долгопериодной межгодовой изменчивости интенсивности конвекции в Гренландском море (Bashmachnikov et al., 2021).
Для проверки этой гипотезы мы проанализировали профили потенциальной плотности в данном районе и локализировали профили с инверсиями, что определяет актуальность данной работы. Ранее подобный анализ инверсий в районе Гренландской котловины не производился.
Цель работы: выявить особенности пространственно-временной изменчивости характеристик плотностных инверсий в верхнем слое Гренландского моря и причины их возникновения.
Для достижения цели работы были поставлены следующие задачи:
1. Выявить профили с инверсиями плотности по натурным данным температуры и солёности в Гренландском море с 1993 по 2019 гг.;
2. Определить характер пространственно-временного распределения профилей с инверсиями;
3. Разделить инверсии по причинам возникновения на термические и солёностные;
4. Выявить случаи возникновения инверсий в результате затоков тёплых и солёных или холодных и распреснённых вод, а также интенсивностью теплообмена океана с атмосферой.
В зимний период в результате выхолаживания поверхности океана, а также вследствие затоков солёных атлантических вод и последующего выхолаживания формируется аномально холодный и солёный поверхностный слой. Возникающая гравитационная неустойчивость реализуется в виде конвекции (Bashmachnikov et al., 2021; Chu, 1991).
Основной мерой изменения интенсивности глубокой конвекции является максимальная глубина перемешанного слоя, которая определяется по профилям плотности. В Гренландском море глубина перемешанного слоя достигает максимума в период с января по апрель, причём обычно пик развития приходится на апрель (Федоров и др., 2018; Башмачников и др., 2018). Зимой и ранней весной глубина верхнего квазиоднородного слоя (ВКС) в Гренландском море достигает 1500-2000 м. Основные районы наиболее частого развития глубокой конвекции локализируются в районе 73-76° с.ш., 5° з.д.-1° в.д. (Федоров и др., 2018).
Помимо традиционной области наиболее частого развития конвекции в северной части Гренландкой котловины выделяется еще одна область в юго-восточной её части - Рисунок 1 (см. Башмачников и др., 2018). При этом развитие потенциальной неустойчивости столба воды (Chu, 1991), как следствие затоков солёных вод западной ветви Норвежского течения, является доминирующим фактором долгопериодной межгодовой изменчивости интенсивности конвекции в Гренландском море (Bashmachnikov et al., 2021).
Для проверки этой гипотезы мы проанализировали профили потенциальной плотности в данном районе и локализировали профили с инверсиями, что определяет актуальность данной работы. Ранее подобный анализ инверсий в районе Гренландской котловины не производился.
Цель работы: выявить особенности пространственно-временной изменчивости характеристик плотностных инверсий в верхнем слое Гренландского моря и причины их возникновения.
Для достижения цели работы были поставлены следующие задачи:
1. Выявить профили с инверсиями плотности по натурным данным температуры и солёности в Гренландском море с 1993 по 2019 гг.;
2. Определить характер пространственно-временного распределения профилей с инверсиями;
3. Разделить инверсии по причинам возникновения на термические и солёностные;
4. Выявить случаи возникновения инверсий в результате затоков тёплых и солёных или холодных и распреснённых вод, а также интенсивностью теплообмена океана с атмосферой.
Считается, что в океане инверсии плотности не проявляются, потому что столб воды мгновенно перемешивается. Такая ситуация реализуется в гидродинамических моделях, где плотностные инверсии ведут к мгновенному перемешиванию. Однако данные наблюдений показывают, что в океане плотностные инверсии существуют и фиксируются приборами. Исследование таких инверсий позволяет охарактеризовать условия, которые предшествуют перемешиванию, а также основные механизмы, приводящие к конвективному перемешиванию верхнего слоя, соответственно к возникновению глубокой конвекции.
В нашей работе проводилось исследование инверсий в Гренландском море, они классифицировались по характеру возникновения на термические и солёностные, и проводился поиск механизмов формирования плотностных инверсий.
Во внутригодовой изменчивости вертикальная мощность инверсий постепенно увеличивается с ноября и достигает своего максимума в апреле, когда и регистрируется наиболее мощная интенсивность развития глубокой конвекции в Гренландском море. В марте фиксируется наибольший скачок плотности в инверсиях и наибольшее количество профилей с инверсиями.
В годы с более интенсивной глубокой конвекцией (2008, 2011, 2013) вертикальное развитие инверсий достигает глубин порядка 400 м, при этом в эти годы средняя величина инверсий сравнительно небольшая, в отличие от 1993-1998 гг., когда мощности инверсий были наибольшие.
Пространственное распределение профилей неоднородно, в глубоководной части Гренландской котловины их концентрация наибольшая. Профили с преимущественно солёностным или преимущественно термическим вкладом в формирование инверсий можно встретить в разных частях акватории. При этом наблюдается доминирование солёностной дестабилизации.
По характеру формирования плотностные инверсии разделяются на солёностные (40%), образованные преимущественно затоками атлантических вод и ледообразованием, термические (13%), которые могут образовываться за счёт потери тепла в верхних слоях океана или затоков холодных и распреснённых вод. Инверсии с одновременным вкладом солёности и температуры разделяются на преимущественно солёностные (29%) и преимущественно термические (18%), их формирование может происходить под одновременным действием вышеупомянутых факторов.
Отдельный анализ профилей с инверсиями (глубже 150 м) в 1990-е и 2010-е годы показал, что совместно с затоками вод происходит теплоотдача из океана в атмосферу в момент наступления инверсии и 29% рассматриваемых профилей описываются именно этой совокупностью процессов. При этом в 1990-е годы наибольший процент инверсий образуется путём только потери тепла океаном. В свою очередь, в 2010-е годы 48% инверсий, а именно солёностные, описываются предположительным ледообразованием. Также высокий процент инверсий, приходящийся на этот механизм формирования, может возникать из-за сложности выявления затоков вод в момент наступления неустойчивости столба воды, поскольку для определения затоков используются данные реанализа.
В дальнейшем планируется поиск методов наиболее точного определения затоков вод, а также расчёт и сравнение теплосодержания в профилях с термической дестабилизацией с данными потоков тепла по атмосферному реанализу, для попытки вычисления времени жизни существования инверсии. Будут также рассмотрены ситуации, наблюдавшиеся в океане и атмосфере до возникновения неустойчивости столба воды.
В нашей работе проводилось исследование инверсий в Гренландском море, они классифицировались по характеру возникновения на термические и солёностные, и проводился поиск механизмов формирования плотностных инверсий.
Во внутригодовой изменчивости вертикальная мощность инверсий постепенно увеличивается с ноября и достигает своего максимума в апреле, когда и регистрируется наиболее мощная интенсивность развития глубокой конвекции в Гренландском море. В марте фиксируется наибольший скачок плотности в инверсиях и наибольшее количество профилей с инверсиями.
В годы с более интенсивной глубокой конвекцией (2008, 2011, 2013) вертикальное развитие инверсий достигает глубин порядка 400 м, при этом в эти годы средняя величина инверсий сравнительно небольшая, в отличие от 1993-1998 гг., когда мощности инверсий были наибольшие.
Пространственное распределение профилей неоднородно, в глубоководной части Гренландской котловины их концентрация наибольшая. Профили с преимущественно солёностным или преимущественно термическим вкладом в формирование инверсий можно встретить в разных частях акватории. При этом наблюдается доминирование солёностной дестабилизации.
По характеру формирования плотностные инверсии разделяются на солёностные (40%), образованные преимущественно затоками атлантических вод и ледообразованием, термические (13%), которые могут образовываться за счёт потери тепла в верхних слоях океана или затоков холодных и распреснённых вод. Инверсии с одновременным вкладом солёности и температуры разделяются на преимущественно солёностные (29%) и преимущественно термические (18%), их формирование может происходить под одновременным действием вышеупомянутых факторов.
Отдельный анализ профилей с инверсиями (глубже 150 м) в 1990-е и 2010-е годы показал, что совместно с затоками вод происходит теплоотдача из океана в атмосферу в момент наступления инверсии и 29% рассматриваемых профилей описываются именно этой совокупностью процессов. При этом в 1990-е годы наибольший процент инверсий образуется путём только потери тепла океаном. В свою очередь, в 2010-е годы 48% инверсий, а именно солёностные, описываются предположительным ледообразованием. Также высокий процент инверсий, приходящийся на этот механизм формирования, может возникать из-за сложности выявления затоков вод в момент наступления неустойчивости столба воды, поскольку для определения затоков используются данные реанализа.
В дальнейшем планируется поиск методов наиболее точного определения затоков вод, а также расчёт и сравнение теплосодержания в профилях с термической дестабилизацией с данными потоков тепла по атмосферному реанализу, для попытки вычисления времени жизни существования инверсии. Будут также рассмотрены ситуации, наблюдавшиеся в океане и атмосфере до возникновения неустойчивости столба воды.
Подобные работы
- Пространственно-временная изменчивость характеристик плотностных инверсий в верхнем слое Гренландского моря
Бакалаврская работа, гидрология. Язык работы: Русский. Цена: 4220 р. Год сдачи: 2022 - Сезонная и межгодовая изменчивость характеристик мезомасштабных вихрей Лофотенской котловины по спутниковым и модельным данным
Курсовые работы, гидрология. Язык работы: Русский. Цена: 4270 р. Год сдачи: 2019 - Механизмы формирования Лофотенского вихря по спутниковым и натурным измерениям, а также данным моделирования
Дипломные работы, ВКР, гидрология. Язык работы: Русский. Цена: 4215 р. Год сдачи: 2020