Океанологи СПбГУ выявили особенности трансформации энергии в океанических вихрях

Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) сделали новаторское открытие о мезомасштабных океанических вихрях, выявив их способность передавать потенциальную и кинетическую энергию через тонкие закрученные нити. Исследователи сосредоточили свое исследование на Норвежском море, проливая свет на динамику этих вихрей и их влияние на окружающую среду. Результаты исследования, поддержанное грантом Российского научного фонда, опубликованы в Journal of Marine Science and Engineering.

Мезомасштабные океанические вихри, круговые или спиралевидные движения воды в океанах, образуются под действием различных сил, таких как течения, ветры, гравитация и другие факторы. Эти вихри играют жизненно важную роль в горизонтальном перемешивании, позволяя им переносить тепло, массу, кинетическую энергию и биохимические характеристики на значительные расстояния, иногда охватывающие сотни километров. Наличие теплых или холодных океанических вихрей существенно влияет на погоду в прибрежных районах и на климатические особенности. Более того, эти мезомасштабные вихри играют важную роль в формировании глобальной циркуляции океана.

Несмотря на их широкое распространение, области вихревой активности обычно ассоциируются с областями нестабильности в крупных циркуляционных структурах. Образование вихрей часто связано с нестабильностью интенсивных струйных течений в океане, таких как Гольфстрим или Куросио, и их слиянием или взаимодействием с рельефом морского дна.

Несмотря на значительный прогресс в изучении кинематических свойств и динамических особенностей вихрей, многие явления остаются необъясненными. В научном сообществе в настоящее время нет понимания того, как вихрям удается сохранять свою целостность в неоднородных внешних потоках.

Лофотенский бассейн Норвежского моря выделяется как один из наиболее динамично активных транзитных регионов, характеризующийся локальными максимумами изменения уровня моря и кинетической энергией вихрей. Эта динамичная активность в значительной степени обусловлена мезомасштабными вихрями, формирующимися в Норвежском течении, которое несет воды Атлантики в Арктику. Уникальной природной особенностью Лофотенского бассейна является квазипостоянный антициклон, расположенный в его центре, а сам бассейн изобилует мезомасштабными вихрями из-за своих гидродинамических условий и особого рельефа.

Ученые СПбГУ установили, что при эволюции мезомасштабных вихрей внутри деформирующего потока следует ожидать передачи энергии от вихрей к филаментам, также известным как вихревые нити.

– 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, — рассказала профессор кафедры океанологии СПбГУ Татьяна Белоненко. – 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.

Для проведения своих исследований ученые использовали спутниковые данные и данные моделей, включая повторный анализ, включающий спутниковые измерения и измерения на месте. Также Белоненко сообщила, что ученые планируют исследовать взаимодействие между мезомасштабными вихрями, фронтами, морской топографией и биологической продуктивностью океана, а также влияние этих факторов на океанические экосистемы.