WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 12 |

Интересно отметить, что во многих случаях зоны высокой дисперсии низкочастотных колебаний уровня в арктических морях, оцененные для безледного периода по альтиметрическим данным хорошо согласуются с положениями стационарных и сезонных заприпайных полыней, наблюдающихся зимой. Так в Баренцевом море зоны повышенной дисперсии колебаний уровня соответствуют положениям Чешской, Печерской и Западно-Новоземельской полыньям (Купецкий, 1970). В Карском море, зона повышенной интенсивности колебаний уровня моря соответствует положению стационарных Амдерминской (Купецкий, 1970), Ямальской и Обь-Енисейской и сезонной Центральной Карской заприпайным полыньям (Захаров, 1996). В море Лаптевых такое же согласие отмечается между второй (более северной) зоной высокой изменчивости уровня моря и положением Анабаро-Ленской, Западно-Новосибирской и Новосибирской стационарными заприпайными полыньями (Захаров, 1996). В Чукотском море можно видеть согласие в положениях зоны высокой изменчивости колебаний уровня моря и положением Аляскинской полыньи (Купецкий, 1970).

Учитывая, что интенсивность низкочастотных колебаний уровня в арктических морях возрастает в осенне-зимний период (Прошутинский, 1993; Войнов и Захарчук, 1999; Voinov and Zakharchuck, 1999), можно предположить, что выявленные по альтиметрическим данным зоны повышенной интенсивности колебаний уровня моря сохраняются и зимой, и, не исключено поэтому, что низкочастотные возмущения уровня моря вносят определенный вклад в формирование заприпайных полыней в арктических морях.

О правомерности такой гипотезы может свидетельствовать следующий факт. В 1998-1999 годах в районе Западно-Новосибирской полыньи в рамках Российско-Немецкого проекта «Система моря Лаптевых» работал доплеровский профилограф течений (ADCP) и измерялись другие океанографические параметры, в том числе и уровень моря. Результаты анализа полученных данных показали, что в зимний период колебания уровня моря в полынье могут превышать 50 см (Дмитренко и др., 2001).

На графиках вдольтрековых изменений уровня в арктических морях хорошо видна последовательность сравнительно коротких пространственных возмущений, масштабы которых изменяются от 20 до 80 км. Чаще всего эти колебания имеют величины 5-10 см. Однако, в отдельных случаях величины этих колебаний достигают значений 20-50 см. Кроме коротких пространственных возмущений во вдольтрековых изменениях уровня моря выделяются сравнительно длинные пространственные колебания, масштабы которых изменяются приблизительно от 350 до 1000 км, а величины – от 10 до 50 см. Также можно видеть выраженные тренды, которые могут быть связаны с колебаниями, пространственные масштабы которых значительно превосходят длину вдольтрековых рядов изменений уровня моря.

В третьей главе с помощью методов статистического анализа скалярных и векторных случайных процессов и полей оценены характеристики низкочастотных волновых возмущений уровня и течений в морях, омывающих северо-западное и арктическое побережья России, и произведено сравнительное кинематическое описание синоптических вихрей и низкочастотных волн.

В параграфе 3.1 получены оценки характеристик низкочастотных волновых возмущений уровня по данным береговых уровенных измерений. Сравнительно плотная сеть береговых станций, где проводились продолжительные непрерывные синхронные наблюдения за уровнем в Балтийском море и морях Сибирского шельфа позволяет исследовать пространственное распределение фаз низкочастотных возмущений уровня моря, с тем, чтобы оценить затем фазовые скорости, направления распространения и длины низкочастотных волн в различных частотных диапазонах. Фазы волн оценивались с помощью Фурье-анализа реализаций среднесуточных значений уровня. Фурье-анализ всех реализаций производился от середины ряда по рекуррентной формуле Уатта.

В Балтийском море результаты Фурье-анализа показали, что здесь в ряде случаев в центральной и восточной части Польского побережья фаза синоптических колебаний уровня практически не изменяется в пространстве. Это свидетельствует о том, что колебания уровня моря на рассматриваемых периодах имеют преимущественно стоячий характер. Однако, в некоторых случаях, на отдельных участках побережья наблюдается заметное изменение фазы колебаний в пространстве, свидетельствующее о том, что синоптические колебания уровня Балтийского моря здесь распространяются в виде поступательных волн. По рассчитанной разности фаз и известным расстояниям между станциями, были оценены фазовые скорости и длины поступательных волн. Результаты таких расчетов показали, что низкочастотные волны распространяются как с западной, так и восточной составляющей фазовой скорости. Оценки фазовой скорости волн в диапазоне периодов 4.5 – 55 суток изменяются от 0,3 м/с до 4,3 м/с, а их длин – от 1120 до 2488 км.

Для проведения Фурье-анализа низкочастотных колебаний уровня в арктических морях Сибирского шельфа их регион был разделен на 3 условных района. Такое разделение обуславливалось, прежде всего, плотностью станций наблюдений за уровнем моря и расстоянием, на котором отмечалась высокая когерентность между возмущениями уровня в интересующей нас частотной области (в первую очередь диапазон синоптической изменчивости).

Первый район включал в себя береговые станции Карского моря и одну станцию Баренцева моря (Русская Гавань). Второй район береговых уровенных наблюдений охватывал море Лаптевых, одну станцию Карского моря (о. Голомянный) и западную часть Восточно-Сибирского моря. Третий район включал восточное побережье Восточно-Сибирского моря и западную часть Чукотского моря.

Результаты таких расчетов показали, что во всех трех районах в диапазоне периодов 56-81 суток нет существенного изменения фаз низкочастотных колебаний уровня моря, что, по-видимому, связано с преимущественно их стоячим характером.

При увеличении частоты фазовая картина принимает упорядоченный вид: фазы колебаний на различных частотах практически монотонно изменяются в пространстве. Этот результат свидетельствует о том, что колебания уровня в диапазоне периодов 5-18 суток являются преимущественно поступательными волнами.

В Карском море при движении из более глубоководной западной части моря к более мелководным центральной и восточной частям моря направленная на восток фазовая скорость волн увеличивается от 0.6 м/с до 2.5 м/с для периода 15 суток и фазовой скорости 0.4 – 1.3 м/с. Таким характеристикам низкочастотных волн соответствуют длины 173 – 562 км от 2.4 м/с до 6.8 м/с для периода 5 суток. Таким фазовым скоростям и периодам волн соответствуют длины от 778 до 3240 км.

На шельфе моря Лаптевых нет столь значительных перепадов глубины, как в Карском море, и низкочастотные волны с периодом 17 суток, распространяющиеся на восток, имеют здесь практически одинаковую на протяжении всего моря фазовую скорость около 2.2 м/с. Таким параметрам соответствует длина волны 3231 км. Волны с периодом 5 суток распространяются с западной составляющей фазовой скорости 0.4 –1.3 м/с, которой соответствуют длины волн 173 – 562 км.

В параграфе 3.2 оценены характеристики низкочастотных волновых возмущений в альтиметрических полях уровня Балтийского моря на основе частотно-направленного спектрального анализа, выполненного по методу Лонге-Хиггинса-Свешникова, описанного в параграфе 1.1 первой главы. В качестве исходной информации использовались комбинированные альтиметрические данные спутников TOPEX/POSEIDON, ERS-1 и ERS-2, осредненные за 7 суток в узлы неравномерной сетки с шагом вдоль долготы 1/3° и с шагом вдоль широты от 1/3° на экваторе до 0.05° - на широте 82° за период с октября 1992 по февраль 2002 г. В связи с существенным вкладом сезонных изменений в поле уровня, указанные колебания были предварительно отфильтрованы. Результаты частотно-спектрального анализа синоптических полей уровня Балтийского моря показали, что в подавляющем большинстве случаев не отмечается пиков спектральной плотности на пересечении линий нулевых частот. Это свидетельствует о том, что возмущения в поле уровня движутся. Причем в одних районах моря это движение осуществляется в определенных, сравнительно узких секторах, в то время как в других районах возмущения уровня распространяются в совершенно разных направлениях. Часто, на одной и той же частоте отмечаются две системы противоположно направленных волновых возмущений. По результатам частотно-направленного спектрального анализа были оценены различные эмпирические параметры низкочастотных волн в поле уровня моря. Оказалось, что эти волновые возмущения имеют пространственные масштабы приблизительно от 250 до 1400 км, временные – от 30 до 92 суток и распространяются в разных направлениях со скоростями 7 – 31 см/с.

В параграфе 3.3 оцениваются характеристики низкочастотных волн в полях течений арктических морей. Так как некоторые буйковые станции в арктических морях были выставлены в виде полигонов и измерения течений на них велись продолжительное время синхронно, это позволило исследовать пространственную фазовую картину низкочастотных возмущений течений на различных частотах синоптического диапазона. Для этого в рамках векторно-алгебраического метода анализа случайных процессов, описанного в 1-й главе, был проведен взаимный спектральный анализ между течениями на близких горизонтах различных буйковых станций в арктических морях.

Согласно методике, изложенной в параграфе 1.1.4, рассчитывались 4 инварианта тензора взаимной спектральной плотности |I1VU()|, (), |DVU()|, f() и 2 инварианта тензора когерентности F2кол(), F2орт().

Результаты взаимного спектрального анализа синоптических течений в различных морях, омывающих арктическое побережье России, показали, что в западной части Баренцева моря для периодов энергонесущих максимумов взаимной спектральной плотности 81, 16.4 и 6.3 суток отмечалось наличие разности фаз между синоптическими возмущениями при высоких значениях когерентности. Это говорит о том, что возмущения течений синоптического масштаба распространяются в пространстве в виде поступательных волн. Оценки характеристик этих низкочастотных волн показали, что их фазовые скорости меняются от 13 до 240 см/с, длины варьируют от 300 до 1300 км и они распространяются в пространстве, как с восточной, так и с западной составляющей фазовой скорости.

Результаты взаимного спектрального анализа рядов синоптических колебаний течений на северо-востоке Баренцева моря показали, что в большинстве случаев максимумы взаимной спектральной плотности были сосредоточены на периодах около 35, 13 и 5 суток. Для коллинеарных изменений скорости синоптических возмущений течений во многих случаях отмечались высокие значения когерентности (|I1VU()| > 0.6), чаще всего при отрицательных значениях разности фаз. Этот результат свидетельствует о том, что синоптические возмущения течений движутся в большинстве случаев от станции МО1 к станции МО4 в виде прогрессивных волн. Для ортогональных изменений скорости течений высокие значения когерентности отмечались значительно реже. По оценкам разности фаз, для случаев с высокими значениями когерентности были рассчитаны фазовые скорости и длины низкочастотных волн. Оказалось, что низкочастотные волновые возмущения течений с периодами 5 – 35 суток распространяются с фазовыми скоростями от 7.5 до 250 см/с, как с западной, так и восточной составляющей фазовой скорости и имеют длины 245 – 1300 км.

В районе материкового склона морей Лаптевых и Восточно-Сибирского результаты взаимного спектрального анализа рядов синоптических колебаний течений показали, что между близкими горизонтами различных буйковых станций высокие значения когерентности отмечались очень редко и только на отдельных частотах. Причем высокие значения когерентности чаще отмечались на нижних горизонтах. Фазовые сдвиги между возмущениями течений здесь также говорят о том, что они движутся в пространстве в виде прогрессивных волн. Оценки характеристик низкочастотных волн, полученные по результатам взаимного спектрального анализа показали, что они распространяются в юго-восточном направлении с фазовыми скоростями 0.11  0.90 м/с и имеют длины 370 – 690 км.

Для оценки различных характеристик низкочастотных волн в поле течений Чукотского моря с помощью взаимного спектрального анализа между синоптическими колебаниями течений на различных буйковых станциях были выбраны 6 наиболее близко расположенных друг к другу станций в центральной части моря: MC1, MC2, MC3, MC4, MC6 и MF2. На основе этих станций строились микрополигоны путем различных комбинаций 3 станций. Результаты показали, что пики взаимной спектральной плотности, и высокие значения когерентности чаще всего отмечаются для возмущений с периодами 16-21 и 7-9 суток. Наличие разности фаз на этих периодах свидетельствует о том, что синоптические возмущения течений движутся в пространстве в виде прогрессивных низкочастотных волн, как с западной, так и восточной составляющей фазовой скорости. Оценки характеристик низкочастотных волн показали, что волны с периодами 16 - 22 суток имеют длины от 550 до 1788 км и распространяются со скоростями 0.4 – 1.0 м/с в северо-восточном, юго-западном и северо-западном направлениях; волны с периодами 7 – 8 суток имеют длины около 400 – 660 км и распространяются со скоростями от 0.6 до 1.1 м/с в направлении юго-запад и север-северо-запад. Отмечается, что полученные по течениям эмпирические характеристики волн неплохо согласуются с их оценками, полученными по береговым наблюдениям за уровнем в Чукотском море (Войнов и Захарчук, 1999). По-видимому, низкочастотные волновые возмущения течений в синоптическом диапазоне частот находят отражения и в колебаниях уровня Чукотского моря.

Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 12 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»