WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 | 11 |   ...   | 12 |

Для описания динамики топографических волн Россби воспользуемся их теоретическим дисперсионным соотношением, выведенным аналитически В. Р. Фуксом (Фукс, 2005).

, (4.3)

где: - частота волны,, – составляющие волновых чисел, – длины волн вдоль осей х и y, соответственно; R – радиус деформации Россби.

При R = – баротропный (внешний) радиус деформации Россби,

при R =- бароклинный (внутренний) радиус деформации Россби, где – частота Вяйсяля-Брента, g –ускорение свободного падения, – плотность воды.

, – уклоны дна вдоль осей х и у, – приближение “ - плоскости”, f – параметр Кориолиса, – размеры бассейна вдоль осей х и y; – номер моды стоячей волны.

В уравнении (4.3) первое слагаемое в числителе описывает волны Россби, второе и третье – топографические волны. В знаменателе первые два слагаемых описывают пространственные масштабы бассейна и горизонтальные моды стоячей волны, третье и четвертое слагаемые – вклад поступательного волнового движения, а последнее слагаемое в знаменателе – условия среды (глубина и стратификация).

Производится сравнение эмпирических характеристик низкочастотных волн, оцененных в 3 главе, с их теоретическими дисперсионными соотношениями (4.1) – (4.3).

Это сравнение показало, что в Балтийском море эмпирические оценки западнонаправленных волн, сделанные на основе статистического анализа колебаний уровня в береговых пунктах Польского побережья и восточной части Финского залива, в диапазоне периодов от 13 до 70 суток, хорошо ложатся на теоретические дисперсионные кривые баротропных волн Россби и бароклинных топографических волн.

Эмпирические характеристики низкочастотных волн, рассчитанные на основе вдольтрековых альтиметрических измерений уровня, лежат вне области, пересекаемой теоретическими дисперсионными кривыми баротропных и бароклинных волн Россби и баротропных топографических волн, но пересекаются теоретическими дисперсионными кривыми бароклинных топографических волн.

Результаты сравнения характеристик низкочастотных волн, рассчитанных на основе частотно-направленного спектрального анализа спутниковых альтиметрических полей уровня Балтийского моря с теоретическими дисперсионными соотношениями градиентно-вихревых волн показали, что теоретические дисперсионные кривые для баротропных топографических волн лежат значительно ниже области эмпирических оценок, в то время как дисперсионные кривые баротропных волн Россби пересекают область экспериментальных значений. Причем, пространственные масштабы бассейна существенно влияют на положение теоретических дисперсионных кривых баротропных волн Россби. Теоретические дисперсионные кривые бароклинных волн Россби пересекают область экспериментальных значений при больших значениях Ri и пространственных масштабах бассейна, а дисперсионные кривые бароклинных топографических волн, при выраженной стратификации, лежат существенно ниже области эмпирических оценок, и только при слабой стратификации и определенных уклонах дна теоретические кривые бароклинных топографических волн пересекают область экспериментальных значений. Хорошо видно, также, что во всех случаях изменения пространственных масштабов бассейна практически не сказывается на положениях теоретических дисперсионных кривых бароклинных топографических волн.

Таким образом, результаты сравнения характеристик синоптических возмущений уровня Балтийского моря, оцененных нами в параграфах 3.1 – 3.3 на основе статистического анализа контактных и спутниковых альтиметрических измерений, с теоретическими дисперсионными соотношениями различных видов низкочастотных волн убедительно показывают, что они являются баротропными и бароклинными волнами Россби и бароклинными топографическими волнами.

В Баренцевом море сравнение теоретических и эмпирических дисперсионных соотношений низкочастотных волн показывает, что здесь в синоптическом диапазоне пространственно-временных масштабов наибольший вклад в изменчивость полей течений оказывают бароклинные топографические волны. На характеристики этих волн более всего влияют условия стратификации, несколько в меньшей степени – уклоны дна и, практически, совсем не влияют изменения пространственных масштабов бассейна. Обращает на себя внимание тот факт, что большая часть области эмпирических оценок характеристик низкочастотных волн, лежащая в диапазоне периодов изменчивости более 10 суток, пересекается теоретическими дисперсионными кривыми бароклинных топографических волн, рассчитанных для условий слабой стратификации (невысокие значения внутреннего радиуса деформации Россби ()). Напомним, что по результатам спектрального анализа, представленным в параграфе 2.3, именно в этом диапазоне периодов отмечаются самые большие пики спектральной плотности синоптических колебаний течений. То есть для генерации и эволюции бароклинных топографических волн в Баренцевом море наиболее благоприятны зимние условия. Действительно, если мы посмотрим на результаты нестационарного дисперсионного анализа течений измеренных на буйковых станциях, представленные во 2-й главе, то увидим, что максимальные значения дисперсии синоптических колебаний приходятся на зимний период. Для генерации и эволюции более высокочастотных бароклинных топографических волн (периоды менее 10 суток), обладающих существенно меньшей интенсивностью более благоприятны летние условия с выраженной стратификацией.

В Карском море наблюдающиеся в прибрежной зоне низкочастотные волновые возмущения уровня с периодами от 5 до 18 суток и длинами около 830 – 3300 км, которые распространяются в восточном направлении с фазовыми скоростями 0.6 – 6.8 м/c, идентифицируются, как бароклинные топографические волны, для генерации и эволюции которых наиболее благоприятны условия выраженной стратификации вод.

Сравнение теоретических дисперсионных соотношений низкочастотных волн с эмпирическими характеристиками волновых возмущений в поле уровня моря Лаптевых, также как и для Карского моря, показало, что наблюдается хорошее согласие между их эмпирическими характеристиками и теоретическими дисперсионными соотношениями бароклинных топографических волн при больших значениях внутреннего радиуса деформации Россби.

В районе материкового склона морей Лаптевых и Восточно-Сибирского выделенные низкочастотные волновые возмущения в поле течений идентифицируются как бароклинные волны Кельвина. Отсутствие проявлений градиентно-вихревых волн, типа шельфовых в низкочастотных возмущениях течений в данном регионе СЛО объясняется следующим образом. Шельфовые волны, как это известно, также являются захваченными волнами. Областью захвата их волновой энергии является зона шельфа. Амплитуда этих волн затухает по экспоненциальной косинус-функции от берега до края шельфа. Поэтому в районе материкового склона амплитуды шельфовых волн должны быть близки к нулю. Для внутренних волн Кельвина захват волновой энергии определяется наличием берега и вращения Земли, то есть не ограничивается только зоной шельфа. Фазовая скорость бароклинных волн Кельвина в основном определяется глубиной залегания термоклина и степенью стратификации (Ефимов и др., 1985).

В Чукотском море сравнение теоретических и эмпирических характеристик низкочастотных волн, показало, что выделенные нами низкочастотные волновые возмущения в поле течений с периодами 16.3 суток, длинами 550 км и фазовыми скоростями 0.48 м/с восточного направления, идентифицируются как внутренние волны Кельвина. Восточнонаправленные волновые возмущения уровня моря с периодами около 4 – 7 суток и длинами волн около 2000 км, идентифицируются, как баротропные шельфовые волны. Распространяющиеся на запад низкочастотные волновые возмущения в поле течений с периодами 6 - 21 день и пространственными масштабами 400 – 1800 км, а также, распространяющиеся с восточной составляющей фазовой скорости низкочастотные волны в поле уровня и течений с периодами от 7 до 60 суток и длинами от 500 до 3300 км, идентифицируются, как бароклинные топографические волны.

В пятой главе сделаны оценки статистических связей между синоптическими возмущениями течений в арктических морях и различными метеорологическими характеристиками с целью проверки гипотезы о вынужденных анемобарических низкочастотных волнах. Для этого, согласно методике, изложенной в параграфе 1.1 был проведен взаимный корреляционный анализ между низкочастотными волновыми возмущениями течений и различными метеорологическими параметрами, которые были получены из массива полей атмосферного давления и ветра, разработанного на основе реанализа метеорологических данных (The NCEP/NCAR 40-Year Reanalysis Project…, 1996). С помощью этого массива для точек постановки буйковых станций были рассчитаны синхронные с измерениями течений среднесуточные ряды горизонтального градиента атмосферного давления (Grad Pa) и скорости ветра (). Учет влияния неоднородности поля ветра на изменчивость синоптических течений производился через его пространственный градиент (Grad ), который в двухмерном случае, согласно работы (Рожков, 2005), представляет собой тензор 2-го ранга:

Grad = (5.2.1)

Симметричная часть тензора (5.2.1) имеет линейный инвариант I1, который выражает дивергенцию скорости ветра:

(5.2.2)

Кососимметричная часть тензора (5.2.1) имеет инвариант, который выражает собой завихренность скорости ветра:

(5.2.3)

Исходя из этого, для 2 пар гидрометеорологических параметров – горизонтальный градиент атмосферного давления (Grad Pa) и течения, ветер () и течения () – рассчитывались 2 инварианта взаимной корреляционной тензор-функции: линейный инвариант I1VU() и индикатор вращения DVU(), где V и U векторные процессы, а - временной сдвиг. После этого рассчитывались их нормированные значения: и.

Для других пар гидрометеорологических параметров: дивергенция ветра (divz) – течения () и ротор ветра (rotz) – течения (), рассчитывалась по методике, изложенной в (Белышев и др., 1983; Методическое письмо…, 1984), взаимная корреляционная вектор-функция KV(), где и V скалярный и векторный процессы, соответственно. После нормирования KV() на линейный инвариант тензора дисперсии оценивались модуль rV(), направление ° и фаза f° вектора максимальной корреляции.

Результаты взаимного корреляционного анализа между низкочастотными волновыми возмущениями течений и различными метеорологическими параметрами в районе материкового склона морей Лаптевых и Восточно-Сибирского показали, что между ними нет взаимосвязи. Во всех случаях оценки коэффициентов максимальной корреляции имели очень низкие значения, варьирующие от 0.15 до 0.47.

Высказывается предположение, что интенсивные возмущения, которые проявляются в поле течений синоптического масштаба, генерируются за счет резонанса между анемобарическими колебаниями и свободными низкочастотными волнами. При этом необходимым условием резонанса должно быть равенство фазовых скоростей свободных низкочастотных волн и скоростей движения анемобарических возмущений.

Для проверки этой гипотезы были исследованы направления и скорости перемещения анемобарических возмущений в Северном полушарии в период работы буйковых станций, оцененные по среднесуточным полям атмосферного давления, полученным с помощью “Reanalysis (The NCEP/NCAR 40-Year Reanalysis Project…, 1996). Оказалось, что интенсивные волновые возмущения в поле синоптических течений генерировались, когда полигон буйковых станций находился в зоне действия атмосферных антициклонов, причем тогда, когда скорости перемещения атмосферных антициклонов снижались до значений, менее 1 м/с, то есть, были близки к оцененным нами фазовым скоростям свободных бароклинных волн Кельвина. Во всех случаях преимущественные направления движения антициклонов имели восточные румбы.

Таким образом, полученные результаты позволили предположить, что интенсивные волновые возмущения течений синоптического масштаба в районе материкового склона морей Лаптевых и Восточно-Сибирского генерируются в результате резонанса между полями атмосферного давления и ветра в перемещающихся антициклонах и свободными низкочастотными бароклинными волнами Кельвина.

Результаты оценок статистических связей между метеорологическими характеристиками и течениями синоптического масштаба в Чукотском море и Беринговом проливе, также не выявили высоких значений коэффициентов корреляции, хотя эти оценки здесь в основном были заметно выше и в ряде случаев достигали значений 0.56-0.59 при корреляции течений с локальным ветром и его дивергенцией.

Высказывается предположение, что взаимосвязь между синоптическими течениями и метеорологическими характеристиками в Чукотском море и Беринговом проливе может отличаться значительным уровнем нестационарности. Для проверки этой гипотезы ряды среднесуточных значений скорости течений и метеорологических характеристик были разделены на трехмесячные синхронные отрезки (приблизительно по сезонам года). Длина таких отрезков колебалась от 87 до 94 суток. Затем, для каждого сезона года проводился взаимный корреляционный анализ между синоптическими течениями и различными метеорологическими характеристиками. Результаты показали, что в некоторых случаях отмечаются высокие значения коэффициентов корреляции (0.66-0.98) между синоптическими течениями и метеорологическими параметрами. Отмечается существенная нестационарность высокой связи, локализация зон, где эта высокая связь отмечается и избирательность динамической системы Чукотского моря и Берингова пролива на воздействие разнообразных возмущающих сил.

В зимний период, когда наблюдалась наибольшая интенсивность синоптических течений в Чукотском море (см. параграф 2.1), самые высокие оценки взаимной корреляции (0.98 – 0.80) отмечаются между течениями () и горизонтальным градиентом атмосферного давления (Grad Pa) на северо-востоке моря, в районе работы буйковой станции Mk1, и на юго-западе моря (станция Мс2). На других станциях взаимосвязь между и Grad Pa или существенно неустойчивая (станции Мс1 и Мс3) или отсутствует во все сезоны года.

Высокие значения корреляции между синоптическими течениями () и локальным ветром (), достигающие 0.66 –0.68, отмечаются в Чукотском море на станции Мс2 весной и на станции Мk1 – летом, когда синоптические возмущения течений имеют наименьшую интенсивность, а, также, зимой в Беринговом проливе на станции Ма2, когда синоптические течения имеют высокие скорости (см. параграф 2.1). Этот результат показывает, что в Чукотском море воздействие локального ветра не приводит к формированию интенсивных возмущений в поле синоптических течений, в то время как на юго-востоке Берингова пролива действие локального ветра в зимний период оказывает заметное влияние на генерацию интенсивных синоптических колебаний в поле течений.

Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 | 11 |   ...   | 12 |






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