Российские океанологи обнаружили ранее не описанный режим распространения волн Россби и установили, как характер их излучения зависит от положения течения у западной или восточной границы океана. Результаты двух теоретических исследований опубликованы в журнале Physics of Fluids.
В работах участвовали Владимир Гневышев, Татьяна Белоненко и Владимир Травкин — сотрудники Санкт-Петербургского государственного университета, Института океанологии имени П. П. Ширшова РАН, Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого и Государственного океанографического института имени Н. Н. Зубова.
Волны Россби возникают в океане и атмосфере из-за вращения Земли и изменения силы Кориолиса с широтой. Это не привычные поверхностные волны с гребнями, а медленно распространяющиеся возмущения огромных масс воды. Они могут охватывать сотни и тысячи километров, переносить энергию и влиять на положение течений и океанических вихрей.
Чтобы описать движение таких возмущений, учёные различают фазовую и групповую скорости. Первая показывает, куда перемещается сама волновая структура, вторая — в каком направлении волновой пакет переносит энергию.
В первом исследовании океанологи рассчитали особую точку, в которой зональная составляющая групповой скорости волны Россби становится равной нулю. Иными словами, в этом состоянии прекращается перенос энергии с запада на восток или с востока на запад.
При этом сама волна не исчезает и перенос энергии не прекращается полностью: движение может сохраняться в меридиональном направлении — между севером и югом. Вблизи найденной точки меняется структура возможных траекторий распространения волн.
Расчёты также показали существование дополнительной ветви решений, которая не описывалась классической схемой связи между частотой волны и её пространственными характеристиками. Этот результат был получен сначала для упрощённой модели, а затем воспроизведён для многослойной водной среды.
Вторая работа посвящена волнам, возникающим рядом с пограничными течениями — потоками, которые проходят вдоль западных и восточных окраин океанических бассейнов.
Моделирование показало, что западные пограничные течения излучают в открытый океан волны с небольшим нарастанием неустойчивости. Их фаза распространяется преимущественно на запад, тогда как энергия переносится в противоположную сторону — на восток.
У восточных пограничных течений картина оказалась другой: энергия волн перемещалась на запад, а направление волновой структуры было близко к меридиональному. Рассчитанная длина таких волн примерно в десять раз превышала длину волн, возникающих у западной границы океана.
Различия сохранялись для длинных волн. В коротковолновом режиме излучение в открытый океан прекращалось, а на внешней стороне течения формировалась цепочка небольших циклонических и антициклонических вихрей.
Параметры модели авторы сопоставили с характеристиками течений в Лофотенской котловине Норвежского моря. Исследования описывают теоретические механизмы распространения волн Россби и перераспределения энергии между течениями и вихрями. Для оценки их роли в реальном океане необходимы дальнейшее моделирование и сопоставление расчётов с данными наблюдений.
