ОБРАЗОВАНИЕ АНТИЦИКЛОНИЧЕСКИХ ВИХРЕВЫХ ЛИНЗ НАД НАКЛОННЫМ ДНОМ В ДВУХСЛОЙНОЙ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ЖИДКОСТИ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ТОПОГРАФИЧЕСКОГО БЕТА-ЭФФЕКТА

  • Д. Н. Елкин Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН
  • А. Г. Зацепин Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН
DOI 10.29006/1564-2291.JOR-2026.54(2).1
Ключевые слова внутрипикноклинные вихревые линзы, лабораторное моделирование, двухслойно-стратифицированная вращающаяся жидкость, наклонное дно, топографический бета-эффект

Аннотация

Одним из ярких гидрофизических явлений в океане являются внутрипикноклинные вихревые линзы, или внутритермоклинные вихри, которые образуются в области вытока вод промежуточной плотности из окраинных морей в Мировой океан и имеют антициклоническую завихренность. Часто их обнаруживают возле каньонов, по которым вода промежуточной плотности, текущая по дну континентального склона, проникает в толщу океанских вод на горизонте равной плотности (Филюшкин, Кожелупова, 2020). В данной работе проведены лабораторные эксперименты по образованию вихревых линз в однородной и двухслойностратифицированной водной среде в цилиндрическом бассейне, расположенном на вращающейся платформе. В бассейн вставлен вписанный в него конус вершиной вверх, образующий осесимметричное наклонное дно. Вихревое течение создается с помощью локального вертикального источника постоянного расхода воды, расположенного над конусом на расстоянии половины радиуса бассейна. В случае однородной по плотности водной среды из источника поступала вода той же плотности, что в бассейне, в случае двухслойной – вода промежуточной плотности поступала непосредственно в область границы раздела слоев. Практически во всех экспериментах реализовывался автоколебательный механизм образования антициклонических вихревых линз, дрейфовавших в антициклоническом направлении под действием топографического бета-эффекта (Зацепин, Дидковский, 1996). Исследованы режимы вихревого течения в определенном диапазоне изменения безразмерных параметров эксперимента. Обнаружено существенное влияние значения плотности воды источника на реализацию автоколебательного механизма формирования вихревых линз. Если она близка к плотности воды нижнего, прилегающего к наклонному дну, слоя, то данный механизм функционирует практически так же четко, как в однородной окружающей жидкости. В случае близости плотности вод источника к плотности воды верхнего слоя, действие топографического бета-эффекта при прочих равных условиях ослабевает. В связи с этим, можно полагать, что формирование внутритермоклинных вихревых линз за счет автоколебательного механизма в Мировом океане происходит наиболее эффективно, если отрыв вод промежуточной плотности от склона дна происходит в нижней, а не в верхней, области океанского пикноклина.

Литература


  1. Алейник Д. Л. Структура и динамика средиземноморской линзы и Азорской фронтальной зоны осенью 1993 г. // Океанология. 1998. Т. 38. № 3. С. 349–360.

  2. Белкин И. М., Костяной А. Г. Внутритермоклинные вихри в Мировом океане и их региональные особенности. В сб.: Когерентные структуры и самоорганизация океанических движений / Под ред. Г. И. Баренблатта, Д. Г. Сеидова и Г. Г. Сутырина. М.: Наука, 1992. С. 112–127.

  3. Елкин Д. Н., Зацепин А. Г. Лабораторное исследование образования антициклонических вихревых линз от постоянного источника массы над наклонным дном в двухслойной вращающейся жидкости. В сб.: 11-я Международная научная школа молодых ученых «Физическое и математическое моделирование процессов в геосредах». Институт проблем механики им. А. Ю. Ишлинского РАН. Москва, 22–24 октября 2025. С. 73–75.

  4. Зацепин А. Г. К вопросу об эволюции плотностной линзы-интрузии во вращающейся жидкости. В сб.: Внутритермоклинные вихри в океане / Под ред. К. Н. Федорова. М.: ИО АН СССР, 1986. С. 115–119.

  5. Зацепин А. Г., Дидковский В. Л. Об одном механизме формирования мезомасштабных вихревых структур в склоновой зоне океана // ДАН. 1996. T. 347. № 1. C. 109–112.

  6. Зацепин А. Г., Дидковский В. Л., Семенов А. В. Автоколебательный механизм формирования периодической вихревой структуры от стационарного локального источника на наклонном дне во вращающейся жидкости // Океанология. 1998. Т. 38. № 1. С. 47–55. EDN: LEODST

  7. Зацепин А. Г., Елкин Д. Н., Шварцман Д. Р. Предварительные результаты лабораторных исследований эволюции нефронтальных вихрей в двухслойной вращающейся жидкости // Океанологические исследования. 2023. Т. 51. № 1. С. 5–35. EDN: NOGTIM. https://doi.org/10.29006/1564-2291.JOR-2023.51(1).1.

  8. Зацепин А. Г., Елкин Д. Н. Влияние подводного хребта на перемещение антициклонических вихрей над наклонным дном под действием топографического бета-эффекта: лабораторный эксперимент // Морской гидрофизический журнал. 2024. Т. 40. № 2. С. 298–311. EDN: NETNBZ

  9. Лебедев К. В., Филюшкин Б. Н., Кожелупова Н. Г. Обнаружение вод Красного моря и Персидского залива в северо-западной части Индийского океана по наблюдениям поплавков арго // Океанологические исследования. 2021. Т. 49. № 4. С. 24–62. EDN: BTBEIO. https://doi.org/10.29006/1564-2291.JOR-2021.49(4).2.

  10. Федоров К. Н., Гинзбург А. И., Костяной А. Г. Генерация и эволюция вихревых диполей в лабораторных условиях. В сб.: Когерентные структуры и самоорганизация океанических движений / Под редакцией Г. И. Баренблатта, Д. Г. Сеидова и Г. Г. Сутырина. М.: Наука, 1992. С. 21–26.

  11. Филюшкин Б. Н., Кожелупова Н. Г. Обзор исследований средиземноморских внутритермоклинных вихрей в Атлантическом океане // Океанологические исследования. 2020. Т. 48. № 3. С. 123–147. EDN: OLGHYC. https://doi.org/10.29006/1564-2291.JOR-2020.48(3).8.

  12. Филюшкин Б. Н., Плахин Е. А. Экспериментальные исследования начальной стадии формирования линзы средиземноморской воды // Океанология. 1995. Т. 35. № 6. С. 875–882.

  13. Шапиро Г. И. Структура мезомасштабной вихревой линзы в океанском термоклине // Доклады Академии наук СССР. 1984. Т. 276. № 6. C. 1477–1479.

  14. Johnson J., Ambar L., Serra N., Stevens I. Comparative studies of the spreading of Mediterranean water through the Gulf of Cadiz // Deep Sea Res. Part II. 2002. Vol. 49 (19). P. 4179–4193. https://doi.org/10.1016/S0967-0645(02)00149-2.

  15. Madelain F. Influence de la topographie du fond sur l’ecoulement Mediterraneen entre le Detroit de Gibraltar et le Cap Saint-Vincent // Cahiers Océanogr. 1970. No. 22. P. 43–61.

  16. Prasad T. G., Ikeda M., Kumar S. P. Seasonal spreading of the Persian Gulf Water mass in the Arabian Sea // J. Geophys. Res. Oceans. 2001. Vol. 106. No. C8. P. 17059–17071. https://doi.org/10.1029/2000JC000480.

  17. Serra N., Ambar I. Eddy generation in the Mediterranean undercurrent // Deep-Sea Research II. 2002. Vol. 49. P. 4225–4243. https://doi.org/10.1016/S0967-0645(02)00152-2.

  18. Swallow J. C. A deep eddy off Cape St. Vincent // Deep Sea Res. 1969. Vol. 16. P. 285–296. https://doi.org/10.1016/0011-7471(69)90052-7.

  19. Zatsepin A. G., Emel’yanov S. V., Kremenetskiy V. V., Poyarkov S. G., Stroganov O. Yu., Denisov E. S., Stanichnaya R. R., Stanichny S. V. Effect of bottom slope and wind on the near-shore current in a rotating stratified fluid: laboratory modeling for the Black Sea // Oceanology. 2005. Vol. 45. No. Suppl. 1. P. S13–S26. EDN: LJLSWD

Опубликован
2026-06-30
Выпуск
Том 54 № 2 (2026): Океанологические исследования
Раздел
Физика океана и климат

Передача авторских прав происходит на основании лицензионного договора между Автором и Федеральным государственным бюджетным учреждением науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук (ИО РАН)

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

1 2 > >>