Ученые СПбГУ выяснили, что мезомасштабные океанические вихри могут передавать свою потенциальную и кинетическую энергию тонким вихревым нитям — филаментам. В качестве объекта исследования было выбрано Норвежское море. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в Journal of Marine Science and Engineering.
Океанические или мезомасштабные вихри — это круговое или спиралевидное движение воды в океанах, которое образуется под воздействием течения, ветра, гравитации и других сил.
Вихри — один из главных механизмов горизонтального перемешивания, они способны переносить тепло, массу, кинетическую энергию и биохимические характеристики из области своего образования на значительные расстояния, иногда превышающие сотни километров.
Наличие теплых или холодных вихрей океана определяет локальную погоду побережья и влияет на климат. Кроме того, мезомасштабные вихри играют важную роль в глобальной океанической циркуляции.
Несмотря на повсеместное распространение, районы вихревой активности, как правило, приурочены к областям неустойчивости крупных циркуляционных структур. Именно неустойчивость интенсивных струйных течений в океане, таких как Гольфстрим или Куросио, приводит к рождению вихрей.
Другой важной причиной их генерации является их слияние и взаимодействие вихрей с топографией дна.
Несмотря на значительный прогресс в изучении кинематических свойств и динамических особенностей вихрей, необъясненными остаются достаточно много явлений. Так, в научном сообществе пока нет понимания, как вихрям удается сохраняться в неоднородных внешних течениях.
Лофотенская котловина Норвежского моря является самым динамически активным транзитным регионом, который характеризуется локальными максимумами дисперсии уровня океана и кинетической энергии вихрей. Динамическая активность в этой области по большей части обусловлена мезомасштабными вихрями, образующимися в Норвежском течении, которое и переносит Атлантическую воду в Арктику.
При этом у Лофотенской котловины есть уникальная природная особенность — это квазипостоянный антициклон, расположенный в центре, а сама котловина из-за ее гидродинамических условий и особенностей топографии буквально «кишит» мезомасштабными вихрями.
Ученые СПбГУ установили, что при эволюции мезомасштабных вихрей на фоне деформирующего их течения следует ожидать перекачку энергии от вихрей к филаментам — вихревым нитям.
«Основной вывод работы заключается в том, что при эволюции мезомасштабных вихрей следует ожидать перекачку энергии от вихрей к филаментам, то есть от мезомасштабных движений к субмезомасштабным. Это прямой энергетический каскад, и связан он с неограниченным вытягиванием вихрей в вихревые нити (филаменты). Одновременно уменьшение энергии вихрей при том же процессе вытягивания возвращает энергию в течения», — рассказала профессор кафедры океанологии СПбГУ Татьяна Белоненко.
Для исследования ученые привлекли спутниковые и модельные данные, в том числе реанализы, в которых глобальная гидродинамическая модель ассимилирует спутниковые и натурные измерения.
Как отметила Татьяна Белоненко, в перспективе ученые планируют исследовать взаимодействия между мезомасштабными вихрями, фронтами, морской топографией и биологической продуктивностью океана, а также воздействия этих факторов на океанские экосистемы.