Российские океанологи уточнили природу волн Россби

Океан оказался непредсказуемым: его невидимые глазу волны могут менять направление, останавливаться и переставать «выпускать» энергию в окружающую среду.

Дмитрий ПавловАвтор Hi-Tech Mail

Океанские течения не просто перемещают воду из пункта А в пункт Б. Вместе с ними по планете путешествует энергия, а одним из механизмов такого переноса служат волны Россби — потоки воды, которые формируются под влиянием вращения Земли.

Волны Россби делятся на атмосферные и океанические. Океанические волны Россби перемещаются вдоль подводной границы между прогретым верхним слоем воды и всегда холодной глубинной зоной океана. Эта граница называется термоклином и располагается на глубине от 100 до 200 метров (летом выше, зимой — глубже).

Амплитуда волн невысока, от нескольких сантиметров (на поверхности) до метров на термоклине, но длина волны может составлять сотни километров. Волны Россби способны существовать месяцы и даже годы, преодолевая Тихий океан (19 800 километров на экваторе).

Что узнали ученые

Российские океанологи обнаружили несколько особенностей поведения волн Россби, которые прежде не удавалось описать в полной мере. Исследования провели специалисты Санкт-Петербургского государственного университета. В одной из работ они сосредоточились на ситуациях, когда волновой перенос энергии неожиданно прекращается.

Ученые обнаружили особые точки, в которых скорость переноса энергии становится равной нулю. После прохождения такой области волновая картина может перестроиться: траектории распространения энергии расходятся, словно дорога на развязке.

Этот эффект имеет значение для океанических процессов разных масштабов. Крупные вихри способны отдавать энергию более мелким образованиям. В результате появляются вытянутые структуры — филаменты. Возможен и противоположный сценарий: небольшие вихри объединяются, забирают энергию из окружающего потока и превращаются в более мощную структуру.

Чтобы разобраться в механизме, исследователи использовали математическое описание течений и компьютерные расчеты. Причем обнаруженный эффект проявлялся не только в относительно простой модели, но и в более сложных многослойных течениях.

Цель наших исследований — разобраться, как трансформируются вихри в океане, когда они сталкиваются друг с другом или с большими течениями. В такой ситуации меняется запас не только их потенциальной энергии, но и кинетической. Мы изучаем два процесса. Первый — случаи, в которых энергия уходит от крупных вихрей к более мелким, образуя вытянутые структуры — филаменты. Второй — когда она возвращается в основное течение, а небольшие вихри сливаются и преобразуются в один большой. Наша основная задача — понять, как в океане распределяется энергияТатьяна Белоненко профессор кафедры океанологии СПбГУ, д. г. н.

Один берег отправляет короткие «сообщения», другой — длинные

Во второй работе ученые изучили другой вопрос: как волны Россби, возникающие возле берегов, уходят в открытый океан. Здесь выяснилась принципиальная разница между западными и восточными пограничными течениями.

У западных течений (направленных против вращения Земли) формируются волны с небольшим приростом энергии. Их распространение в основном происходит в меридиональном направлении — то есть вдоль линии север — юг. Восточные пограничные течения ведут себя иначе. Они способны создавать значительно более сильные волновые потоки, причем энергия преимущественно распространяется в зональном направлении — от берега в открытый океан.

Различается и масштаб самих волн. Волны, связанные с восточными течениями, примерно в десять раз длиннее тех, которые возникают у западных.

Но самое интересное произошло при моделировании отдельных режимов течений. Расчеты показали, что при определенных условиях излучение волн Россби из прибрежного течения в открытый океан может полностью прекратиться. Получается своеобразный природный «выключатель»: течение остается, но передача энергии волнами во внешнюю среду исчезает.

Авторы считают, что результаты помогут лучше описывать процессы, связанные с циркуляцией океана, взаимодействием течений и вихрей, а также передачей энергии в морской среде.

Обе работы опубликованы в научном журнале Physics of Fluids. Исследования выполнены при поддержке Российского научного фонда.

О невидимых океанических волнах, перераспределяющих гигантские потоки энергии, мы ранее писали здесь.

российские ученыеприродаПоделиться