О нелинейной динамике линз средиземноморской воды «медди», "Фундаментальная и прикладная гидрофизика"

Abstract

Линзы средиземноморской воды, также известные как «медди», хорошо различимы в воде Атлантического океана. Полевые наблюдения, посвященные изучению «медди», представлены в многочисленных публикациях и предоставляют информацию об их происхождении, распределении, пространственных масштабах и динамической активности во времени. Солевые пальцы и двойная диффузия на верхних и нижних границах «медди» могут рассматриваться как единственные механизмы, вызывающие исчезновение «медди», как мезомасштабные термально-соленые неоднородности в окружающих водах Атлантического океана. Принимая во внимание реалистичные масштабы «медди», показано, что во временных масштабах около или менее года масса воды «медди» может считаться неизменной. Отсюда следует, что на временных масштабах менее или порядка года для «медди» справедлив закон сохранения их полной массы. Анализ временной изменчивости «медди» проводится с использованием теоретического подхода для интрузионной линзы в стратифицированной жидкости, расширенного учётом силы Кориолиса. Центр тяжести рассматриваемых «медди» находится на уровне равной плотности. Временная изменчивость возникает из-за результирующего воздействия набора сил: избыточного давления, возникающего из-за разницы в плотности воды внутри линз средиземноморской воды и плотности окружающей среды; сил, возникающих как из-за вращения линзы (центробежная сила), так и вращения Земли (сила Кориолиса); сил, вызванных излучением внутренней волны и действием вязкости. Временная изменчивость линз средиземноморской воды состоит из двух основных этапов: 1) начальная, невязкая стадия («молодая линза»), когда баланс сил формируется силами инерции, избыточного давления, центробежной силы, силы Кориолиса и силы волнового сопротивления, вызванного излучением внутренней волны; сила Кориолиса является ключевым фактором, поддерживающим и сохраняющим компактность антициклонических линз средиземноморской воды, «медди»; она предотвращает разрушение линз средиземноморской воды, ограничивает их геометрические размеры, влияет на изменение угловой скорости линзы. Циклонические линзы средиземноморской воды дестабилизируются силой Кориолиса, их толщина уменьшается со временем, и при определенных условиях линзы средиземноморской воды могут исчезнуть как аномалии плотности уже на этой стадии; 2) стадия вязкости («старая линза») характеризуется медленным уменьшением толщины линз средиземноморской воды до ее предельного значения, которое определяется начальной толщиной и начальной стратификацией линз средиземноморской воды, а также стратификацией окружающей среды; в течение последнего периода вязкой стадии обмен теплом и соленостью с окружающей водной массой может, на характерных временных масштабах около года, существенно влиять на вырождение линз средиземноморской воды как аномалии плотности; на этой стадии антициклонические линзы средиземноморской воды, «медди», продолжают иметь антициклоническое вращение.